DE2633516B2 - Digitales Nachrichtensystem - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein digitales Nachrichtensystem zur Übertragung von wenigstens zwei die zu übertragenden Signale enthaltenden, zueinander rahmen- und bitsynchronen Bitströmen, bei dem die Pulsrahmen der Bitströme am Anfang ein wenigstens zwei Bit umfassendes Rahmenkennungswort aufweisen, an das sich die einer Verwürfelung unterzogenen Informationsbits anschließen und bei dem der Quasizufallsgenerator des sendeseitig den Bitströmen gemeinsam zugeordneten Verwürfelers, wie auch der Quasizufallsgenerator des empfangsseitig den Bitströmen gemeinsam zugeordneten Entwürfelers, zu Beginn jedes Pulsrahmens in eine vorgegebene Startstellung rückgesetzt ist.

Nachrichtenübertragungssysteme dieser Art sind beispielsweise in der Literaturstelle »Nachrichtentechnische Zeitschrift« 27 (1974), Heft 12, Seiten 475 bis 479, ausführlich beschrieben. Bei der Übertragung von digitalen Signalen über Kabel- oder Richtfunkverbindungen sind hinsichtlich der Möglichkeiten zur Taktgeneration und hinsichtlich der Möglichkeiten zur Taktregeneration und hinsichtlich des Leistungsspektrums (Übersprechen in Nachbarsysteme) besondere Forderungen zu stellen. Mit Rücksicht auf eine leichte und sichere Taktregeneration aus dem übertragenen Digitalsignal sollte das Signal möglichst häufige Zustandswechsel besitzen. Mit Rücksicht auf ein geringes Übersprechen in Nachbarsysteme darf das Spektrum keine ausgeprägten diskreten Frequenzanteile haben. Das gilt besonders dann, wenn in den Nachbarsystemen analoge Signale übertragen werden. Durch Anwendung einer Verwürfelung erhält das zu übertragende Signal einen Quasi-Zufallscharakter. Die Häufigkeit und die statistische Verteilung der Zustandswechsel solcher Quasizufallssignale reichen aus, den Takt des Digitalsignals sicher zu regenerieren. Bleiben die zu stellenden Forderungen an die Gleichmäßigkeit des Spektrums in angemessenen Grenzen, dann wird der Anwendung von sogenannten »rückgesetzten Verwürfeiern« der Vorzug gegenüber »selbstsynchronisierenden Verwürfeiern« gegeben, sofern eine Taktzentrale zum Setzen des Verwürfelers ohnehin vorhanden ist. Selbstsynchronisierende Verwürfeier haben nämlich die Eigenschaft, daß sie bei Einzelbitverfälschungen längs der Übertragungsstrecke eine Vervielfachung der Bitfehlerquote um mindestens den Faktor drei bewirken.

Bei einem rückgesetzten Verwürfeier, der im wesentlichen aus einem Quasizufallsgenerator und einem Modulo-2-Addierer besteht, wird der Quasizufallsgenerator jeweils zu Beginn eines Pulsrahmens eines Bitstromes in eine definierte Ausgangsstellung gesetzt. Auf der Sendeseite, auf der die eingangsseitigen Bitströme zunächst in Pulsrahmen unterteilt werden, erfolgt dieses Setzen mit Hilfe des von der Taktzentrale gelieferten Rahmentaktes. Auf der Empfangsseite wird der Rahmentakt mittels eines auf der Sendeseite zu Beginn eines Pulsrahmens in den Pulsrahmen eingefügten Rahmenkennungswortes zurückgewonnen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein mit rückgesetzten Verwürfeiern arbeitendes digitales Nachrichtenübertragungssystem eine spezielle Lösung anzugeben, die eine hohe Betriebssicherheit des Übertragungssystems gewährleistet.

Ausgehend von einem digitalen Nachrichtensystem zur Übertragung von wenigstens zwei die zu übertra» genden Signale enthaltenden, zueinander rahmen- und bitsynchronen Bitströmen der einleitend beschriebenen Art, wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß empfangsseitig die gleichzeitig in den ankommenden Bitströmen auftretenden Rahmenkennungswörter gemeinsam für die Synchronisation des Empfängers ausgewertet sind und daß die sendeseitige Verwürfelung der Bitströme durch geeignete Bemessung der vom Quasizufallsgenerator erzeugten Quasizufallsfolge die empfangsseitige Vortäuschung eines falschen Summen-Rahmenkennungswortes bei sendeseitigen Bitfolgen aus einer Dauer-»0« oder einer

Dauer-» 1« unterbunden ist.

Bei der Erfindung wird von der Erkenntnis ausgegangen, daß bei Verwendung von rückgesetzten Verwürfeiern bei digitalen Nachrichlenübertragungssystemen, bei denen der Verwürfeier jeweils zu Beginn eines Pulsrahmens in eine definierte Ausgangsstellung rückgesetzt wird, unter bestimmten Voraussetzungen die Gefahr von für den Empfänger vorgetäuschten Rahmenkennungswörtern besteht. Wenn die auf der Sendeseite eingangsseitig anfallenden Bitströme eine Dauer-»0«-Folge oder eine Dauer-» 1 «-Folge aufweisen, so ist es möglich, daß stets an der gleichen Stelle in den aufeinanderfolgenden Pulsrahmen durch die Quasizufallsfolge bzw. durch die invertierte Quasizufallsfolge des Verwürfelers das Rahmenkennungswort vorgetäuscht wird. Durch eine solche Vortäuschung kann das ganze Übertragungssystem blockiert werden, weil in diesem Falle die Überwachungseinrichtungen nicht mehr richtig arbeiten.

Ist die Quasizufallsfolge des Verwürfelers kürzer oder gleich der Periode eines Pulsrahmens, dann ist es denkbar, das Vortäuschen falscher Rahmenkennungswörter dadurch zu verhindern, daß die Länge des Rahmenkennungswortes wenigstens um zwei Bit größer gewählt wird als die Stufenzahl des die Quasizufallsfolge erzeugenden rückgekoppelten Schieberegisters ist und darüber hinaus das Rahmenkennungswort in geeigneter Weise gewählt wird.

Ist die Periode der Quasizufallsfolge des Verwürfelers langer als die Periode des Pulsrahmens, so könnte daran gedacht werden, das Vortäuschen falscher Rahmenke;,-nungswörter dadurch zu verhindern, daß durch geeignete Wahl der Quasizufallsfolge dafür gesorgt wird, daß das gefürchtete vorgetäuschte Rahmenkennungswort erst nach Rücksetzen des Verwürfelers auftreten würde. _r>

Bei beiden dieser denkbaren Lösungsmöglichkeiten zum Verhindern vorgetäuschter Rahmenkennungswörter ergeben sich im Gegensatz zu der Lösung nach der Erfindung erhebliche Einschränkungen für die Wahl des Rahmenkennungswortes und des Verwürfelers. Die gemeinsame Auswertung der Rahmenkennungswörter der Bitströme auf der Empfangsseite für die empfängerseitige Synchronisation gibt die Möglichkeit, einen sämtlichen Bitströmen gemeinsamen Quasizufallsgenerator auf der Sende- und der Empfangsseite für die Verwürfelung vorzusehen, ohne daß die Wahl des Rahmenkennungswortes und der Quasizufallsfolge wesentlichen Einschränkungen unterliegen.

Bei einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel werden die sendeseitigen Bitströme mit der gleichen Quasizufallsfolge zeitsynchron unter Anwendung einer Modulo-2-Addition verwürfelt. Die Rahmenkennungswörter der Bitströme sind dabei zueinander verschieden.

Bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsform werden die sendeseitigen Bitströme mit der gleichen Quasizufallsfolge, jedoch mit einer gegenseitigen zeitlichen Verschiebung um η Bit (für η eine ganze positive Zahl) unter Anwendung einer Modulo-2-Addition verwürfelt Hierbei weisen die Rahmenkennungs-Wörter der Bitströme wenigstens auf der Ausgangsseite des Verwürfelers eine gleiche Bitkombination auf, die dadurch bestimmt ist, daß auf mindestens n+1 aufeinanderfolgenden Bitelementen eines gleichen logischen Zustandes ein Element des anderen logischen Zustandes folgt.

Für viele Anwendungsfälle ist es vorteilhaft, wenn die Rahmenkennungswörter der Bitströme gleiche Bitlänge aufweisen. Auch ist es bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform sinnvoll, für die Bitstiöme identische Rahmenkennungswörter vorzusehen.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung im folgenden noch näher erläutert werden. In der Zeichnung bedeutet

Fig. 1 eine schematische Blockschaltbilddarstellung eines digitalen Nachrichtenübertragungssystems nach der Erfindung,

Fig.2 der Erläuterung der Funktion des digitalen Nachrichtenübertragiingssystems nach F i g. 1 dienende Zeitdiagramme.

In F i g. 1 ist mit SS_ die Sendeseite und mit JiS die Empfangsseite einer digitalen Übertragungsstrecke bezeichnet. Die auf der Sendeseite an den Anschlüssen el und e2 anfallenden, zueinander synchronen Bitströme sigi und sig2 werden zunächst in die Pufferspeicher PSl und PS2 eingelesen. Hierzu liefert die Taktzentrale 7ZC über die Anschlüsse a 1 den im Diagramm a 1 angegebenen Einschreibtakt. Die Bitströme sigi und sig2 sind in den Diagrammen el und e2 nach F i g. 2 ebenfalls angegeben. Da die eingangsseitig stehenden Bitströme kontinuierliche Bitströme sind, müssen im Abstand der Pulsrahmen Lücken für das Einfügen des Rahmenkennungswortes geschaffen werden. Hierzu dient der auf der Sendeseite nach F i g. 1 mit Syn angegebene Rahmenkennungsworterzeuger, der von der Taktzentrale TZG über den Anschluß a 3 mit dem in F i g. 2 als Diagramm a 3 angegebenen Rahmentakt versorgt wird. Der Rahmentakt mit der Periode Γ besteht aus den beiden Zeitabschnitten Ti und 72, von denen der Abschnitt ΤΊ das Rahmenkennungswort zu Beginn eines Pulsrahmens und der Zeitabschnitt T2 den Informationsbitabschnitt bezeichnet. Um die erforderlichen Lücken für das Rahmenkennungswort zu schaffen, erfolgt das Auslesen der in die Pufferspeicher PSl und PS 2 eingespeicherten Signalbits mit einem gegenüber dem Einschreibtakt in der Folgefrequenz höheren Auslesetakt, der von der Taktzentrale TZG den Pufferspeichern über die Anschlüsse a 2 zugeführt wird. Der Auslesetakt ist im Diagramm a 2 nach F i g. 2 dargestellt.

Die Ausgänge der Pufferspeicher PSl und PS 2 der Sendeseite SS sind mit dem ersten Eingang einer Torschaltung D1 und t/2 verbunden. Die zweiten Eingänge der Torschaltungen Di und U 2 sind mit jeweils einem Ausgang des Rahmenkennungsworterzeugers Syn verbunden. Wie F i g. 1 zeigt, sind der Rahmentakt am Anschluß a 3 und der Auslesetakt am Anschluß a 2 der Taktzentrale TZG mit dem sendeseitigen Quasizufallsgenerator QZGS verbunden. Der Rahmentakt dient dabei der Rücksetzung des sendeseitigen Quasizufallsgenerators zu Beginn eines Pulsrahmens und sperrt ihn gleichzeitig über die im Diagramm a3 nach Fig.2 angegebene Zeit Ti. Auf diese Weise wird erreicht, daß die am Ausgang xi und χ 2 der Torschaltungen D1 und U 2 anstehenden, mit Rahmenkennungswörtern versehenen Bitströme lediglich im Zeitbereich T2 eines Pulsrahmens, der die Informationsbits enthält, verwürfelt werden. Selbstverständlich kann die Anordnung auch so getroffen sein, daß auch die Rahmenkennungswörter einer Verwürfelung unterzogen wurden. Den Pufferspeichern PSl und PS2 wird der Rahmentakt am Anschluß a 3 der Taktzentrale 7ZG ebenfalls zugeführt. Sie sind so organisiert, daß sie während der Zeitintervalle Ti, die für die Einführung des Rahmenkennungswortes vorgesehen sind, an den mit ihrem Ausgang verbundenen Eingang der ein

UND-Gatter darstellenden Torschaltungen D\ und U 2 eine binäre Eins abgeben. Somit kann während dieser Zeit vom Rahmenkennungsworterzeuger Syn über die Torschaltungen Dl und i/2 das Rahmenkennungswort zum Ausgang der Torschaltung durchgeschaltet werden. In gleicher Weise liefert der Rahmenkennungsworterzeuger Syn an den anderen Eingang der Torschaltungen Di und U 2 während des Zeitintervalls 72 eines Pulsrahmens eine binäre Eins, so daß in dieser Zeit die aus den Pufferspeichern PS 1 und PS 2 ausgelesenen Informationsbits an den Ausgang der UND-Gatter durchgeschaltet werden können. Die an den Ausgängen χ 1 und χ 2 anstehenden Bitströme sind in den Diagrammen χ 1 und χ 2 nach F i g. 2 angegeben. Den Torschaltungen D1 und U2 sind die Halbaddierer M1 und M 2 nachgeschaltet, über die hinweg die an den Ausgängen der Torschaltungen vorhandenen Bitströme mittels der Quasizufallsfolge des sendeseitigen Quasizufallsgenerators QZGS Modulo-2-addiert und in dieser verwürfelten Form als Bitströme s'igY und sig2' zur Empfangsseite hin übertragen werden.

Auf der Empfangsseite werden die ankommenden Bitströme durch die Schieberegister SR1 und SR 2 geleitet, deren einzelne Stufen mit den Eingängen der logischen Schaltung LS verbunden sind. Erkennt die logische Schaltung LS gleichzeitig das Rahmenkennungswort, dann tritt an ihrem Ausgang ein Impuls auf, der zur Synchronisation der empfangsseitigen Taktzentrale TZG dient. Die Taktzentrale liefert über ihre Anschlüsse a 2 an die Schieberegister SR 1 und SR 2 den m im Diagramm a 2 der F i g. 2 angegebenen, auf der Sendeseite als Auslesetakt bezeichneten Takt, der mit der Bitfolgefrequenz der Bitströme auf der Übertragungsstrecke identisch ist. Den Ausgängen der Schieberegister sind wiederum die Halbaddierer Ml und M 2 nachgeschaltet, an deren zweiten Eingängen die vom empfangsseitigen Quasizufallsgenerator QZGE erzeugten Quasizufallsfolgen zur Entwürfelung zugeführt werden. Die Entwürfelung auf der Empfangsseite erfolgt dabei in der gleichen Weise wie die Verwürfe- <in lung auf der Sendeseite, so daß hierzu keine weiteren Ausführungen gemacht werden müssen. Auch weist Fig. 1 die hinter den Halbaddierern MX und M2 folgenden Baugruppen der Empfangsseite nicht mehr auf, da sie für das Verständnis der vorliegenden ή Erfindung ohne Interesse sind.

Wie die Diagramme χ 1 und χ 2 nach F i g. 2 erkennen lassen, wird beim Ausführungsbeispiel für beide Bitströme vom gleichen Rahmenkennungswort Gebrauch gemacht, das hierbei zwei Bit umfaßt. Um in diesem Falle auf einfache Weise das Vortäuschen von Rahmenkennungswörtern auf der Empfangsseite zu verhindern, wird die von den Quasizufallsgeneratoren erzeugte Quasizufallsfolge den beiden Halbaddierern M1 und Ml mit einer gegenseitigen Verschiebung um π Bit zugeführt. Hierbei bedeutet π eine ganze positive Zahl. In diesem Falle muß lediglich die Bitkombination des gewählten Rahmenkennungswortes, soll seine Vortäuschung vermieden werden, so gewählt sein, daß auf mindestens n+1 Elemente gleichen logischen Zustandes ein Element des anderen Zustandes folgt.

Die Wirksamkeit dieser Maßnahme soll anhand eines Ausführungsbeispiels für n=\ und die Rahmenkennungswortkombination... 110... verdeutlicht werden.

QZF

Jl O 1 1 1 1 O .
(T'l O 1 1 1 1 O

Die binäre Darstellung für die sendeseitig bereits verwürfelten Bitströme sig V und sig2' weisen zum Rahmenbeginn das Rahmenkennungswort RK auf, an das sich die verwürfelte Informationsbitfolge anschließt. Unter der Annahme, daß die sendeseitig am Eingang anstehenden Bitströme aus einer Dauer-»0«-Folge oder einer Dauer-»1 «-Folge bestehen, ergibt sich für die verwürfelte Signalbitfolge die Quasizufallsfolge QZF oder deren invertierte Folge, wie dies in der binären Darstellung der beiden Folgen angegeben ist. Wird in der Quasizufallsfolge QZF des Bitstroms sig V gerade das Rahmenkennungswort RK vorgetäuscht, so trifft auf die Kombination »1« »0« in der Quasizufallsfolge des Signals sig Y immer die Kombination »1« »1« bzw. »0« »0« im Fall der invertierten Quasizufallsfolge in der Quasizufallsfolge QZFdes Bitstroms sig2' auf. Damit ist ein gleichzeitiges Vortäuschen des Rahmenkennungswortes in beiden Kanälen unterbunden. Die Bitlänge / des Rahmenkennungswortes kann dabei in den folgenden Grenzen

/ > (n + 2) > 3 bit
frei gewählt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Digitales Nachrichtensystem zur Übertragung von wenigstens zwei die zu übertragenden Signale s enthaltenden, zueinander rahmen- und bitsynchronen Bitströmen, bei dem die Pulsrahmen der Bitströme am Anfang ein wenigstens zwei Bit umfassendes Rahmenkennungswort aufweisen, an das sich die einer Verwürfelung unterzogenen Informationsbits anschließen und bei dem der Quasizufallsgenerator des sendeseitig den Bitströmen gemeinsam zugeordneten Verwürfelers wie auch der Quasizufallsgenerator des empfangsseitig den Bitströmen gemeinsam zugeordneten Entwürfelers zu Beginn jedes Pulsrahmens in eine vorgegebene Startstellung rückgesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß empfangsseitig die gleichzeitig in den ankommenden Bitströmen auftretenden Rahmenerkennungswörter gemeinsam für die Synchronisation des Empfängers ausgewertet sind und daß die sendeseitige Verwürfelung der Bitströme durch geeignete Bemessung der vom Quasizufallsgenerator erzeugten Quasizufallsfolge die empfangsseitige Vortäuschung eines falschen Summen-Rahmenkennungswortes bei sendeseitigen Bitfolgen aus einer Dauer-»0« oder eines Dauer-» 1« unterbunden ist.

2. Digitales Nachrichtensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sendeseitigen Bitströme mit der gleichen Quasizufallsfolge zeitsynchron unter Anwendung einer Modulo-2-Addition verwürfelt und die Rahmenkennungswörter der Bitströme zueinander verschieden sind.

3. Digitales Nachrichtensystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sendeseitigen Bitströme mit der gleichen Quasizufallsfolge, jedoch mit einer gegenseitigen zeitlichen Verschiebung um η Bit (für η eine ganze positive Zahl) unter Anwendung einer Modulo-2-Addition verwürfelt sind und daß die Rahmenkennungswörter der Bitströme wenigstens auf der Ausgangsseite des Verwürfelers eine gleiche Bitkombination aufweisen, die dadurch bestimmt ist, daß auf mindestens /7+1 aufeinanderfolgende Bitelemente eines gleichen logischen Zustandes ein Element des anderen logischen Zustandes folgt.

4. Digitales Nachrichtensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rahmenkennungswörter der Bitströme gleiche Bitlänge aufweisen.

5. Digitales Nachrichtensystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rahmenkennungswörter der Bitströme identisch sind.

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