DE2756923A1

DE2756923A1 - Verfahren- und schaltungsanordnung zur nachrichten- und datenuebertragung

Info

Publication number: DE2756923A1
Application number: DE19772756923
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl Phys Aldinger; Ulrich Dr Ing Haller; Wolf-Eckard Dr Ing Herold; Hans Juergen Dipl Ing Matt; Max Dipl Ing Proegler
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1977-12-21
Filing date: 1977-12-21
Publication date: 1979-07-19
Also published as: DE2756923C2

Description

Verfahren und Schaltungsanordnung zur Daten- und Nachrich-
tenübertragung Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren und einer Schaltungsanordnung zur Nachrichten- bzw Datenübertragung, bei der die Information in einzelnen Blöcken übertragen wird, deren Anfang durch jeweils vor Blockbeginn am Empfangsort eintreffende, aus mehreren Einzelzeichen bestehende Synchronisiersignale gekennzeichnet wird.
Bei der Datenübertragung über gestört Kanäle werden Datensicherungsverfahren verwendet, durch die die Daten in Abschnitte oder Blöcke unterteilt werden, die ihrerseits mit Redundanz zur Fehlererkennung oder -korrektur versehen werden. Um auf der Empfangsseite die gesichert übertragenen Daten dekodieren zu können, muß die Abschnitts- oder Blocksynchronisation bekannt sein. Äerdes muß der Startzeitpunkt in Empfänger bekannt ein, zu dem eine gesicher.
to Datenübortragung beginnt.
Es ist ein Vorfahren bekannt, bei dom Synchronisierzeichen oder -blöcke von der Empfangsseite nach ihrer Erkonnung quittiert werden. Aus dem Empfang der Quittung wird auf dor Sendeseite geschlossen, daß die Übertragung richtig bogonnen wurde. Solange die Quittung im Sender nicht angetroffen ist, wird die Aussendung der Synchronisierzeichen odor -blöcke in ununterbrochener oder zwangloser Folgo odor in äquidistanten Abständen wiederholt. Nachteil dioses Verfahrens ist, daß die Synchronisierzeit aufgrund der durch ganalstörungen bedingten Wiederholungen sehr groß werden kann.
Bei einem anderen Verfahren wird eine Folge von unterschiedlichen Sync-Zeichen ausgesendet, die jeweils die gleiche Information, nämlich den Synchronisations- bzw. Startzeitpunkt, beinhalten. Die Folge wird ineinander verschachtelt oder unmittelbar aufeinanderfolgend ausgesendet. Durch eine Maximal-Entscheidung wird im Empfänger der Synchronisations- bzw.
Startzeitpunkt bestimmt. Auch hier werden große Synchronisationszeiten benötigt, da jeweils die ganze Folge von Synchronisationszeichen im Empfänger eingetroffen sein muß, bevor dieser seine Entscheidung treffen kann. Das ist insbesondere dann störend, wenn anschließend nur kurze Nachrichten zu übertragen sind.
Mit der Deutschen Patentschrift 11 83 119 ist ein Verfahren bekanntgeworden, bei dem die aus mehreren Einzelzeichen bestehenden Synchronisiersignale auf mehrere Gruppen aufgeteilt werden und empfangsseitig bei Erkennung oinor solchen Gruppe mit ihrem Abstand vom Anfang des Informationsblocices entsprechender Verzögerung ein Startzeichen für dio Informationserkennung ausgelöst wird. Dieses Verfahren läßt zum einen eine verzögerungsfreie Auslösung des Startzeichens für die Informationserkennung zu, wenn die letzte Gruppe des Synchronisierzeichens erkannt ist, hat aber den Nachteil, daß Falschauslösungen vorkommen können. Um diese Wahrschoinlichkeit einer falschen Auslösung des Startzeichens zur Informationserkennung noch weiter zu verringern, gibt das Verfahren zum anderen an, daß mehrere von verschiedenen Gruppen erzeugte Startzeichen erforderlich sind, die mit einem empfangsseitig gespeicherten Programm verglzchen-werdon, wobei nur bei einer gewissen Übereinstimmung das Startzeichen ausgelöst wird. Nachteilig ist hier, daß der Synchronisationszeitpunkt um die durch das Vergleichsprogramm bedingte Rechenzeit verzögert wird.
Die genannten Nachteile werden bei der Erfindung vermieden, die sich zur Aufgabe gestellt hat, den Start- bzw. Synchronisationszeitpunkt sicher und schnell zu übermitteln Die Lösung der Erfindung erfolgt nach den in den Patentansprüchen angegebenen Verfahren und Mitteln.
Die Vorteile der Erfindung liegen darin, daß der Aufwand zur Erkennung der relativ kleinen Muster in jeder Stufe sehr klein ist. Dadurch ergeben sich auch sehr kleine Erkennungszeiten. Da die Erkennung schrittweise mit den einzelnen ein treffenden Synohronisationsmustern erfolgt, kann die Synchronisation praktisch Verzugs los nach Eintreffen des letzten Musters ausgelöst werden. Ein weitorer Vorteil der Erfindung zeigt sich darin, daß im Synchronisationsmuster auftretende Übertragungsfehler durch entsprechende Wahl der Schwellenhöhe korrigiert werden können. Diese Korrekturfähigkeit ist in jeder Stufe vorhanden und richtet sich nach dem jeweils verwendeten Muster in dieser Stufe. Dabei kann in einer niederen Stufe das Muster =rchaus so kurz gewählt werden, daß Fohlentscheidungen hervorgehen können. Durch entsprechende Wahl der Muster in den höheren Stufen können die Fehlentscheidungen der vorhergehenden niederen Stufen mit hinreichend großer Sicherheit korrigiert werden. Weiterhin bietet die Erfindung den Vorteil gegenüber anderen Verfahren, daß bei gleich hoher Wahrscheinlichkeit der richtigen Synchronisationsauslösung ein wesentlich kürzeres Synchronisationszeichen verwendet werden kann.
Anhand der Figuren erfolgt nun die Beschreibung der Erfindung.
Die Figur 1 zeigt ,4ie Aufteilung des Synchronisationszeichens in mehrere Stufen In Figur 2 ist die Schaltungsanordnung für die einzelnen Stufen sowie deren Hintereinanderschaltung ersichtlich.
In Figur 3 schließlich wird der Vergleichsvorgang zur Erkennung der Muster dargestellt.
In Figur 1 ist die hierarchische Gliederung des Synchronisationszeichens in einzelne Stufen erkennbar. Jeder der k Stufen wurde eine Zeile zugeordnet. In der Stufe 1 sind die Zeichenfolgen M5 (F) bzw Ni(F) erkenntlich. Jede dieer Zeichenfolgen besteht aus 4 Grundmustern MO(F) bzw MO(F), beispielsweise besteht die Zeichenfolge der ersten Art M1(F) aus den zi = 4 4 Grundmustern in der Folge MO(F), MO(F), MO(F), MO(F), und die inverse Zeichenfolge M1(F) besteht aus der Grundmusterfolge MO(F), MO(F), MO(F), MO(F).
Die Zeichenfolge M2(F) bzw M2(F) in der nächsthöheron Stufe St2 bestehen aus z2 o 3 Mustern M1(F) und M1(F), wobei die Zeichenfolge der ersten Art M2(F) durch die Musterfolge M1(F), M1(F), M1(F) besteht und die dazu inverse Zeichenfolge der zweiten Art M2(F) aus der Mustorfolge M1(F), M1(F), M1(F) besteht. Entsprechend dem Aufbau des Synchronisationszeichens in k Stufen erfolgt die Decodierung auf der Empfangsseite ebenfalls in k Stufen; wobei das Ergebnis jeder Stufe jeweils von der nachfolgendon Stufe weiterverarbeitet wird. Die Verarbeitung besteht darin, daß die Differenz zwischen Eingangssignal und Vergleichsmuster gebildet wird, deren Höhe darüber entscheidet, ob ein richtiger Muster vorliegt oder nicht. Liegt eine Null-Differenz vor, so handelt es sich um ein Muster der ersten Art, liegt dagegen eine maximale Differenz vor, so ist ein dazu invers es Muster eingelaufen.
Die Figur 2 zeigt die Schaltungsanordnung blockschaltbild-Mkßig. In der Stufe 1 übernimmt |t ein Register R1 die vom Kanal empfangenen Grundmusterfolgen. Das Differenzglied D1 bildet die Differenz zwischen denselben und den von einem Generator G1 erzeugten Vergleichsmustern. Die Differenz wird einem Komparator K1 zur Entscheidung vorgelegt. Bei Unterschreiten einer Schwelle S11 erkennt dor Komparator K1 ein Muster der ersten Art, bei Üborschreiten einer zweiten Schwelle S21 wird das dazu inverse Muster dor zweiten Art orkannt. Der Komparator liefert seine Ergebnisse an das Register der nächsthöheren Stufe ab. Die gleichartige Schaltungsanordnung findet sich in jeder Stufe. Am Ausgang E des Komparators Klc der letzten Stufe Stk wird das Ergebnis der Erkennungseinrichtung zur Angabe des Synchronisationszeitpunktes ausgegeben.
In Figur 3 schließlich ist ein Vergleichsvorgang in einer Stufe Sti dargestellt. In einer oberen Zeile ist-eine Folge von Mustern Mi-1(F) bzw. Mi-1(F) als Binärzeichenfolgen dargestellt. Jeweils eine Anzahl von zi z 7 dieser Binärzeichen bilden eine Zeichenfolge der ersten Art Mi(F) = 1110010 bzw. der zweiten Art Mi(F) S 0001101. Vorglichen wird mit der Vergleichszeichenfo'lge Mi*(F) = 1110010, im Falle der ersten Stufe Stl entspricht dieses Vergleichsmuster dem korrekt gesendeten und fehlerlos empfangenen Grundmuster der ersten Art MO(F). Der Vergleich erfolgt schritthaltend mit der am Register einlaufenden und an einer Maske, die durch die Vergleichszeichenfolge Mi*(F) gebildet wird, vorbeilaufenden Information, wobei mit jedem neuen Zeichenschritt die Differenz gebildet wird. In der Figur 3 ist die relative Fortbewegung der Maske Mi*(F) gegenüber der einlaufenden Information in Form einer gestaffelten Diagonale dargestellt. In der linken Spalte sind jeweils die Differenzen bei den einzelnen Vergleichsschritten festgehalten. In der obersten Vergleichszeile ist beispielsweiso eine Differenz Null festzustellen, wodurch das Muster Mi(F) erkannt ist. Dasselbe gilt sieben Zoilen weiter unten.
Nach 7 weiteren Schritten ist eine höchstmögliche Difforonz von 7 festzustellen, womit ein inversos Muster Mi(F) erkannt ist. Während der anderen Vergleichsschritte beträgt die Differenz 3 oder 4. Werden bei diesem beispielsweise einfachen Muster die Entscheidungsschwellen des zugehörigen Komparators ki auf die Werte Sti - 1 bzw. S2i 3 6 gelegt, so kann innerhalb einer Zeichenfolge mit einer Anzahl von zi 7 Mustern ein Fehler korrigiert werden. Werden die Schwellwerte zu Sii W 2 bzw. S2i 3 5 gewählt, so können 2 Fehler korrigiert werden.
Als Musterfolgen werden vorzugsweise quasistatistische Folgen, sogenannte Pseudo-Noise (pn)-Folgon verwendet, die sich mit rückgekoppelten Schieberegistern sehr einfach als Binärzeichenfolgen realisieren lassen.
L e e r s e i t e

Claims

Verfilzen und Schaltungsanordnung zur Daten- und Nachrichtenübertragung Patentansprüche Verfahren zur Nachrichten- und Datenübertragung sit zeichen- oder blockweiser Übertragung von Nachricht symbolen oder Daten, bei dem zur empfängerseitigen Feststellung des Zeichen- oder Blocktaktes und des Start- bzw. Anfangssynchronisationszeitpunktes ein Synchronisationsmuster übertragen wird, das auf der Empfangsseite von einer Abfrageschaltung erkannt wi dadurch gekennzeichnet, daß das Synchronisationsmus mehrere Stufen (St1 ... Stk) aufweist, und daß in j der Stufe (Sti) Zeichenfolgen einer ersten Art -t (Mi(F)) und zu diesen inverse Zeichenfolgen einer zweiten Art (Mi(F)) gesendet werden, die jeweils aus einer Anz (zi) von gleichen Mustern einer ersten Art (Mi-(F und dazu inversen Mustern einer zweiten Art (Mi-1(F)) bestehen, wobei die Zeichenfolgen (M1(F), M1(F)) der ersten Stufe (St1) aus zi Grundmustern (M0(F), M0(F)) bestehen, und daß empfangsseitig in einer Stufe (St1) die Grundmuster (MO(F), MO(F)) und in jeder der folgenden Stufen (St2 ... Stk) Muster (Mi-l(F), (Mi-1(F)) der Vorstufe (Sti-1) empfangen werden und daß diese in jeder Stufe (Sti, i - 1 ... k) jeweils mit einer Vergleichszeichenfolge einer ersten Art (Mi*(F) und zu dieser inversen Vergleichszeichenfolge einer zweiten Art (Mi*(F) verglichen werden, und daß die Zeichenfolgen (Mi(F), Mi(F)) dann als erkannt gelten, wenn die Muster (Mi-1(F), Mi-1(F)) zu einem vorglebbaren Bruchteil mit den Vergleichszeichenfolgen (Mi*(F), Mi*(F)) übereinstimmen, und daß der Start- bzw. Synchronisationszeitpunkt dann angebbar ist, wenn die Zeichenfolge (Mk(F), Mk(F)) der letzen Stufe (Stk) erkannt ist.
2. Verfahren Mch Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der empfangsseitigen Zeichenerkennung jeweils in einer Stufe (Sti, i r 1 ... k) eine Zeichenfolge der ersten Art (Mi(F) bzw der zweiten Art (Mi(F)) dann als erkannt gilt, wenn der Unterschied zwischen zi empfangenen Mustern (mi-1(F), Mi-1(F)) und der Vergleichszeichenfolge der ersten Art (Mi*(F)) bzw. der zweiten Art Mi*(F)) eine erste Schwelle (Sli) ii> unter- bzw. eine zweite Schwelle (S2i) überschreitet.
3. Empfangsseitige Schaltungsanordnung in einem Nachrichten- und Datenübertragungssystem zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gokennzeichnet, daß für jede Stufe (Sti, i = 1 ... k) des Synchronisationsmusters eine gleichartige Schaltung aus einem Register (Ri), einem Generator (Gi), einem Differenzglied (Di) und einem Komparator (Ki) vorgesehen ist.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der Eingang des Registers (RO) der ersten Stufe (StO) an den Empfangskanal angeschlossen ist, und daß jeweils der Eingang des Registers (Ri) der folgenden Stufen (Sti, i r 1 ... k) mit dem Ausgang des Komparators (Ii-1) der vorhergehenden Stufe (Sti-1) verbunden ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzoichnet, daß bei Jeder Stufe (Sti, i = 1 ... k) der Generator (Gi) eine Vergleichszeichenfolge (Mi*(F), Mi*(F)) erzeugt und das Differenzglied (Di) die Differenz zwischen Inhalt des Registers (Ri) und Vergleichszeichenfolge bildet und daß der Komparator (gi) eine Zeichenfolge der ersten Art (Mi(F)) bzw. der zweiten Art (Mi(F)) erkennt und an seinem Ausgang Binärzeichen der Wertigkeit 1 bzw. 0 liefert, wenn die Differenz einen ersten Schweliwert (Sii) unter- bzw. einen zweiten Schwellwert (S2i) überschreitet und daß der Komparator (Ki) bei Nichterkennen einer Zeichenfolge (Mi(F), Mi(F)) an seinem Ausgang ein Fehlersignal liefert.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Distanz zwischen den Zeichenfolgen Mi(F), Mi(F)) und den Vergleichszeichenfolgen(Mi*(F), Mi*(F)) groß ist und in ihrer Höhe gleich bleibt, wenn dio Muster (Mi-1(F), Mi-l(F)) zyklisch verschoben werden, oder sich nur unwesentlich ändert, wenn zum Vergleich beliebige Teile dieser Muster herangezogen werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Muster (Mi-1(F), Mi-1tF)) durch quasistatistische Folgen von Binärsymbolen gebildet werden.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Muster (Mi-l(F), Mi-l(F))durch rückgekoppelte Schieberegister mit Maximalperiode erzeugt werden.
9. Vorfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich der Vergleichszeichenfolge (Mi*(F), Mi*(F)) mit dem empfangenen Muster (Mi-1(F), Mi-1(F) jeweils nach Empfang desselben in einer Stufe (Sti) und zusammen mit den bisher von dieser Stufe (Sti) empfangenen Mustern erfolgt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils in einer Stufe (Sti) nach jedem Vergleich das Muster (Mi-1(F)), Mi-1(F)) unter den bisher empfangonen gesucht wird, das mit der Vergleichszeichenfolge (Mi*(F), am besten übereinstimmt, wobei jeweils der kleinere Unterschied entscheidet, ob eine Zeichenfolge der ersten Art (Mi(F))oder thre Inverse (Mi(F)) erkannt wird.
11. Vorfahren nach den Ansprüchen 1, 2, 6-10, dadurch gokennzeichnet, daß in einer Stufe (Sti) jeweils die Zeichenfolgen (Mi(F), Mi(F)) nur dann als richtig erkannt werden, wenn sie in Abständen, die durch eine bestimmte Anzahl (zi##) ihrer Muster gegeben sind, auftreten, wobei die Anzahl den Wertebereich um die normale Lunge (zi) der Zeichenfolge (Mi(F), Mi(F)) vermindert oder vergrößert um eine Schranke (#) umfaßt.
12. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils in einer Stufe (Sti) die Werte der Schwellen (S1i, S2i) in Abhangigkeit von der Häufigkeit der nicht erkannten Zeichenfolgen (Mi(F), Mi(F)) eingestellt werden.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß bei Häufungen von nicht erkannten Zeichenfolgen (Mi(F), Mi(F)) die erste Schwelle (S1i) erhöht und die zweite Schwelle (S2i) erniedrigt wird.
14. Vorfahren nach Anspruch 11,.dadurch gekennzeichnet, daß jeweils in einer Stufe (Sti) die Schranke (t) in Abhängigkeit von der Häufigkeit der nicht erkannten Zeichenfolgen (Mi(F), Mi(F)) eingestellt wird.
15. Verfahren nach Ansprüchen 12, 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, da@ die Einstellung der Schwellen (Sii, S2i) bzw der Schranke (X) im voraus in Erwartung bestimmter Störungsverhältnisse vorgennomen wird.
16. Schaltungsanordnung nach den Ansprüchen 3, 4, 5 und zur Durchführung der Verfahren nach den Ansprüchen 12, 13, 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein Störungsdetektor verwendet wird, der die durch Übertragungsfehler gestörten Zonen des Synchronisationszeichens markiert.