DE2808320A1

DE2808320A1 - Schaltungsanordnung zur ermittlung von uebertragungsfehlern in einem digitalen nachrichtensystem

Info

Publication number: DE2808320A1
Application number: DE19782808320
Authority: DE
Inventors: Jean-Yves Jaouen
Original assignee: Alcatel CIT SA
Current assignee: Alcatel CIT SA
Priority date: 1977-03-04
Filing date: 1978-02-27
Publication date: 1978-09-07
Also published as: IT1093137B; GB1560190A; NL7802391A; NL188727C; CA1100639A; LU79145A1; IE780442L; BE864231A; FR2382809B1; US4177447A; IT7820832A0; FR2382809A1; NL188727B; IE46668B1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Ermittlung von Übertragungsfehlern durch Überwachung der akkumulierten Quersumme in einem digitalen Nachrichtensystem mit aus ternären Ziffernfolgen zusammengesetzten Zahlen, wobei sendeseitig die Ziffernfolge für eine zu übertragende Zahl unter verschiedenen möglichen Kodes so gewählt wird, daß die akkumulierte Quersumme stets innerhalb gegebener Grenzen bleibt.

Das bei digitalen Nachrichtensystemen auf die Leitung gegebene Signal kann nur diskrete Werte annehmen. In PCM-Systemen erfolgt die Übertragung in Form von jeweils aus mehreren Ziffern bestehenden Zahlen, wobei die Ziffern ternär vorgesehen sind.

Das auf die Leitung gegebene Signal darf keinerlei Gleichstromkomponente und möglicher wenig niederfrequente Komponenten aufweisen. Aufgrund dieser Einschränkung muß das auf die Leitung gegebene Signal eine endliche akkumulierte Quersumme haben. Zur Erfüllung dieser Bedingung muß der für die Leitungsübertragung genutzte Kode eine gewisse Redundanz aufweisen. Wegen der Redundanz ist die Wahrscheinlichkeit, daß ein zum auf der Leitung befindlichen Signal hinzukommender Fehler die akkumulierte Quersumme ändert, in etwa gleich 1, so daß die Fehlerfeststellmethode ausgehend von Überschreitungen dieser Summe sinnvoll ist.

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Die Messung der akkumulierten Quersumme des auf der Leitung befindlichen Signals besteht darin, in Echtzeit die algebraische Summe der aufeinanderfolgenden ternären Ziffern zu bilden. Hierzu sind logische Vorrichtungen erforderlich, die mit der Geschwindigkeit des betreffenden digitalen Übertragungssystems arbeiten müssen.

Es sind zur Durchführung dieser Rechenoperation bei einem ternären Leitungssignal, d.h. einem Signal, dessen Bestandteile eine Amplitude O oder eine Amplitude ungleich O der einen oder anderen Polarität mit den zugeordneten Wertungen

sintl.
O, +1, -l/T"zwei. Arten von Schaltungsanordnungen bekannt.

Die erste bekannte Anordnung umfaßt ein nach rechts und nach links verschiebendes Schieberegister und eine dazugehörende Dekodiervorrichtung. Das Schieberegister besitzt

die^ n-1 Kippstufen (n ist die Anzahl der Zustände, die/Quersumme einnehmen kann), und die gesamte Vorrichtung enthält eine Anzahl von logischen Gattern, die wegen der drei Punktionen des Registers : Verschieben nach rechts, Verschiebung nach links und Aufrechterhaltung des bestehenden Zustands, größer als 3 (n-1) ist.

Die Funktionsweise dieser Vorrichtung besteht darin, daß bei Auftauchen einer ternären Ziffer, die den Wert +1 hat, der Wert des Schieberegisters von rechts nach links um eine Stelle verschoben wird, indem am Ende ein Bit 1 eingefüllt wird, daß bei Auftauchen einer ternären Ziffer des Worts - 1 der Registerinhalt von links nach rechts verschoben wird, indem am Ende ein Bit O eingefüllt wird _f und daß bei Auftauchen einer ternären Ziffer des Werts O das Register in seinem Zustand

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erhalten wird. Die dazugehörende Dekodiervorrichtung ist so
aufgebaut, daß sie das Auftreten eines Bits 0 am rechten Rand und das Auftreten eines Bits 1 am linken Rand feststellt, was Überschreitungen des Grenzwerts der akkumulierten Quersumme
bedeutet.

Die zweite bekannte Anordnung ist ein Addierer-Subtrahierer .

Die höchste Betriebsfrequenz dieser Schaltkreise wird durch die große Anzahl von logischen Stufen begrenzt, die ein Signal bei seiner Verarbeitung durchqueren muß. Dadurch werden diese Schaltkreise für digitale Hochgeschwindigkeitsübertragungssysteme ungeeignet.

Die Erfindung löst die Aufgabe, Schaltungsanordnungen der eingangs genannten Art dahin zu verbessern, daß sie bei
hohen Betriebsfrequenzen einsetzbar sind. Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Bezüglich von Merkmalen bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung wird auf die Unteransprüche verwiesen.

Die Erfindung wird nun anhand mehrerer Ausführungsbeispiele mit Hilfe der beiliegenden einundzwanzig Figuren näher erläutert.

Fig. 1 zeigt die Definitionstabelle einer Umsetzung
4B/3T mit zwei Ternärkodes.

Fig. 2 zeigt das Schaltbild einer erfindungsgemäßen
Schaltungsanordnung zur Feststellung von Fehlern, angepaßt an ein ternäres Signal, das eine akkumulierte Quersumme besitzt, die auf acht mögliche Zustände reduziert ist.

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Fig. 3 zeigt den Zählvorgang in seinen einzelnen Schritten in dezimaler Schreibweise.

Fig. 4 zeigt denselben Vorgang wie Fig. 3 in binärer Schreibweise.

Fig. 5 zeigt die Wahrheitstabelle des Zählers aus Fig. 2,

Fig. 6 zeigt eine Variante zu Fig. 2, bei der der Zähler nach dem Gray-Kode zählt.

Fig. 7, 8 und 9 zeigen den Figuren 3 bis 5 analoge Darstellungen, die sich auf die Variante gemäß Fig. 6 beziehen.

Fig. 10 zeigt die Definitionstabelle einer MS43 genannten Umsetzung 4B/3T mit drei Ternärkodes.

Fig. 11 zeigt die Definitionstabelle einer FOMOT genannten Umsetzung 4B/3T mit vier Ternärkodes.

Fig. 12 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Schaltungsanordnung, bei der die Quersumme auf sechs mögliche zustände reduziert ist.

Die Figuren 13 bis 15 zeigen den Figuren 3 bis 5 analoge Darstellungen, die sich auf die Variante gemäß Fig. beziehen.

Fig. 16 zeigt die Übergänge zwischen nicht benutzten Zählzuständen bei der Variante gemäß Fig. 12.

Fig. 17 zeigt eine weitere Variante zu Fig. 2, bei der der Zähler als Gray-Kode-Zähler ausgebildet ist, der nur sechs Zustände besitzt.

Die Figuren 18 bis 20 zeigen den Figuren 3 bis 5 analoge Darstellungen, die sich auf die Variante gemäß Fig. 17 beziehen.

Fig. 21 zeigt die Übergänge zwischen nicht benutzten Zählzuständen bei der Variante gemäß Fig. 17.

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Als Beispiele für ternäre Übertragungssysteme, bei denen die Daten auf der Leitung eine begrenzte akkumulierte Quersumme aufweisen, werden Systeme angegeben, die Umsetzungen des Typs 4B/3T verwenden.

Bei diesen Umsetzungen wird eine Folge von vier Binärelementen in ein Wort aus drei ternären Elementen umgesetzt, wobei die Folge von drei Nullen nicht vorkommt. Unter diesen Umsetzungen 4B/3T ist insbesondere der einfache Kode 4B/3T mit zwei unterschiedlichen Kodes bekannt, durch den die Quersumme auf acht Zählstufen begrenzt werden kann. Eine weitere Möglichkeit bildet die Umsetzung MS43 mit drei verschiedenen Kodes, sowie die Umsetzung FOMOT mit vier Kodes. Diese letzteren beiden Umsetzungen ergeben Guersummen, die auf sechs Zählwerte begrenzt sind.

Die anhand der Figuren 1 bis 9 beschriebenen beiden ersten erfindungsgemäßen Schaltungsanordnungen werden bei digitalen Übert-ragungssystemen eingesetzt, die auf der Leitung ein Signal verwenden, dessen laufende Quersumme auf acht Zustände begrenzt ist, während die anhand der Figuren 10 bis beschriebenen erfindungsgemäßen Schaltungsanordnungen bei digitalen Übertragungssystemen eingesetzt werden, die auf der Leitung ein Signal benutzen, dessen laufende Quersumme auf sechs Zustände begrenzt ist.

Fig. 1 zeigt die Definitionstabelle einer einfachen Umsetzung 4B/3T mit zwei Kodes M+ und M-. Die beiden Kodes M+ und M- sind einander entgegengesetzt, ausgenommen für die "Wörter", deren Summe Null ist. Der Kode M+ wird verwendet, wenn die laufende Quersumme positiv oder null ist, während der Kode M- verwendet wird, wenn die laufende Quersumme negativ ist, so daß

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2 S υ ΰ 3 2 Q

dauernd die Tendenz besteht, die laufende Quersumme auf Null gehen zu lassen. Zo kann die laufende Quersumme acht unterschiedliche Zustände (-4 bis +3 einschließlich) einnehmen, und die Wahrscheinlichkeit, daß ein Fehler eine Überschreitung um einen positiven oder negativen Wert der laufenden Quersumme hervorruft, ist etwa eins, während die Wahrscheinlichtkeit dafür, daß ein Fehler das Auftreten des ausgeschlossenen ternären Worts aus drai aufeinanderfolgenden Nullen her-■\orruft, nur 1/21 beträgt.

Fig. A zeigt das elektrische Schaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Feststellung von Fehlern, cÜ3 mit den vorgenannten Kodes arbeitet. Diese Schaltungsanordnung umfaßt einen synchronen Modulo-8 Vor- und Rückwärtszähler 10 und einen Dekodierer 20. Der snychrone Vor- und Rückwartszähler 10 besitzt einen Vorwärtszähleingang T , einen Rückwärtszähleingang T , sowie einen Takteingang F. Er ..besteht aus drei Kippstufen 11, 12 und 13 des Typs JK, die untereinander

ψ _ und mit den Vorwärts- und Rückwärtszählereingängen T , T über Logikglieder 30 bis 33, 40 bis 45, 50 und 51 verbunden sind, so daß bei ihrer Aktivierung der Zähler seinen augenblicklichen Binärzustand um einen Zählschritt erhöht bzw. erniedrigt. Der Zähler zählt also nach dem natürlichen Binärkode.

Der Dekodierer 20 umfaßt zwei NICHT-ODER Gatter 60 und 61 mit vier Eingängen, deren Ausgänge parallelgeschaltet sind. Das NICHT-ODER Gatter 61 führt die logische Funktion T .Q-, .Q^ .Q-, durch. Es empfängt auf einem ersten Eingang die Variable T , auf einem zweiten Eingang die Variable Q,, die auf dem Ausgang Q der Kippstufe 11 verfügbar ist, auf einem dritten Eingang die

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2 B¹J ΰ 3 λ Ο

Variable Q_, die auf dem .Ausgang Q der Kippstufe 12 verfügbar ist, und auf einem vierten Eingang die Variable Q..., die auf dem Ausgang Q der Kippstufe 13 verfügbar ist. Das NICHT-ODER Gatter 60 führt die logische Funktion T~.Q, .cL.Q. durch. Es empfängt auf einem ersten Eingang die Variable T , auf einem zwei ten Eingang die auf dem Ausgang Q der Kippstufe 11 verfügbare Variable Q₁, auf einem dritten Eingang die auf dem Ausgang Q der Kippstufe 12 verfügbare Variable Q₉ und auf einem vierten Eingang die auf dem Ausgang Q der Kippstufe 13 verfügbare Variable Q.,.

Die Variablen T und T sowie ihre Komplemente werden über zwei Treiber-Tore 62, 63, die einen normalen und einen invertierten Ausgang aufweisen, auf die verschiedenen Gatter verteilt.

Fig. 3 zeigt in dezimaler Schreibweise die Tabelle der Zählphasen in Abhängigkeit von den Vorwärtszählbefehlen T und Rückwärtszählbefehlen T , wobei die durch eingekreiste Zahlen angegebenen Phasen keine Zählerverstellung bedeuten«

In dieser und den folgenden Figuren wurde angenommen, daß ein Zählbefehl in Form eines logischen Niveaus 1 für die Variable T und ein Rückwärtszählbefehl durch ein logisches Niveau 1 für die Variable T~ angegeben wird, und daß nicht gleichzeitig ein Vorwärtszählbefehl und ein Rückwärtszählbefehl vorliegen können<,

Fig_o 4 zeigt dieselbe Tabelle in binärer Schreibweise„

Pig_o 5 zeigt die zugehörige Wahrheitstafel für die einzelnen Eingänge J und K der Kippstufen 11 bis 13 des Zählers lO«, Daraus lassen sich die in Fig_o 2 dargestellten Verknüpfungen leicht ableiten.

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Die durch den Dekodierer 20 bewirkte Verknüpfung berücksichtigt die Tatsache, daß der Dekodierer jeden Rückwärtszählimpuls übertragen muß, wenn die Ausgänge der drei Kippstufen 11, 12 und 13 sich im Zustand 0 befinden und jeden Vorwärtszahlimpuls übertragen muß, wenn diese drei Ausgänge sich im Zustand 1 befinden.

Die Arbeitsweise der in Fig. 2 dargestellten Schaltung zur Fehlerfeststellung ist wie folgt :

Das auf der Leitung verfügbare ternäre Signal wird mit Hilfe einer Diodenweiche in zwei Impulsreihen aufgespalten, von denen eine positiv und die andere negativ ist. Die positiven Impulse werden auf den Eingang T der Schaltung gegeben. Die Polarität der negativen Impulse wird umgekehrt, bevor diese Impulse auf den Eingang T der Schaltung gegeben werden.

Das ternäre Signal dient auch der Wiederherstellung des Zifferntaktes, der für die drei Kippstufen des Zählers als Taktsignal F dient. Die Ableitung dieses Takts aus dem Übertragungssignal erfolgt auf herkömmliche Art. Beim Einschalten befindet sich der Vor- und Rückwärtszähler in einem beliebigen Anfangszustand. Er nimmt einen zulässigen Zustand ein, sobald die Quersumme ihre obere und untere Grenze erreicht hat, was bei der einfachen Umsetzung 4B/3T mit zwei Kodes sehr rasch geschieht. Nach der für den Vor- und Rückwärtszählar zur Erreichung eines richtigen Zustands notwendigen Einschaltdauer ist jegliche Überschreitung der laufenden Quersumme auf einen Fehler im Übertragungssxgnal zurückzuführen.

Die in Fig. 2 dargestellte Schaltung enthält drei JK-Kippstufen und vierzehn ODER- und NICHT-ODER-Glieder. Die höchste Betriebsfrequenz wird durch die innere Verzögerung

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-Ll-

2 b U ο 3 2 O

der Glieder bestimmt, wobei beachtenswert ist, daß jeweils nur ein Glied zwischen zwei Kippstufen vorhanden ist. Die für die höchste Betriebsfrequenz entscheidende Dauer ist höchstens gleich der Summe aus der Äusbreitungszeit in einer Kippstufe, der Ausbreitungszeit m einem logischen Glied und der Voreinstellzeit einer Kippstufe. Mit der E.C.L. Technik kann man mit einer Dauer von weniger als 1,5 Nanosekunden rechnen und folglich mit einer maximalen Betriebsfrequenz von etwa 670 MHz, einer Frequenz, die mit bekannten Schaltungsanordnungen gleicher Technologie nicht erreicht werden kann.

Fig. 6 zeigt eine Variante zu Fig. 2, die sich von der vorhergehenden durch die Verwendung des Gray-Kodes und von D-Kippstufen unterschexdeiz. Sie umfaßt einen synchronen Vor- und Rückwärtszähler Modulo-8 lOO und einen Dekodierer 200. Er besitzt einen Vorwärtszähleingang, der die Vorwärtszählimpulse T empfängt, einen Rückwärtszähleingang, der die Rückwärtszählimpulse T empfängt, sowie einen Takteingang F. Der Vor- und Rückwärtszähler 100 besteht aus drei D-Kippstufen 110, 120 und 130, die untereinander über NICHT-ODER Glieder 111 - 115, 121-124 und 131 - 134 verbunden sind.

Der Dekodierer 200 besitzt zwei ODER-NIGHT Glieder 201 und 202, die die Zählzustände 100 und 000 bei Vorhandensein von T bzw. T anzeigen.

Wie in Fig. 2 werden auch hier die Variablen T und T über zwei Treiber-Tore 250 und 260 mit normalen und invertierten Ausgängen angeboten.

Die Figuren 7 bis 9 zeigen in dezimaler und binärer Schreibweise die Übergangstabelle dieses Zählers sowie die

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Wahrheitstafel, aus der ohne weiteres die Schaltung nach Fig. G abgeleitet werden kann. Man sieht, daß der Zähler nach dem Gray-Kode zählt, der bekanntlich sehr hohe Betriebsfrequenzen zuläßt, da jeweils nur eine einzige Kippstufe umgestellt wird.

Pig. Io zeigt die DefiniLionstabelle der Umsetzung M'343. Diese besteht aus drei Kodes M,, M_, M-. und zeigt eine laufende Quersumme, die auf vier Zustände reduziert ist, die mit -1, 0, +1 und +2 bezeichnet werden können. Der Kode M, wird verwendet, wenn die laufende Quersumme den Wert -1 aufweist, der Kode M-, wenn sie den Wert 0 oder +1 aufweist, und der Kode M,., wenn sie den Wert +2 aufweist.

Fig. 11 zeigt die Definitionstabelle der Umsetzung FOMOT. Diese umfaßt vier Kodes M,, M-, M,, M„ und zeigt wie im vorhergehenden Fall eine auf vier Zustände reduzierte laufende Quersumme, die mit -1, 0, +1 und +2 bezeichnet werden können. Der Kode M_--, wird dann verwendet, wenn die laufende Quersumme den Wert -1 aufweist, der Kode M₀, wenn sie den Wert 0 aufweist, der Kode M,, wenn sie den Wert 1 aufweist, und der Kode M-, wenn sie den Wert 2 aufweist.

Die MS43 und FOMOT genannten Kodes 4B/3T haben eine Quersumme, die sechs Zustände einnehmen kann, zwei Zwischenzustände innerhalb der ternären Wörter und vier Endzustände. Die Figuren 12 und 17 zeigen zwei entsprechende Schaltungsanordnungen.

Fig. 12 zeigt eine Schaltung zur Feststellung von Fehlern mit einem synchronen Vor- und Rückwärtszähler Modulo-6 300 und einem Dekodierer 400. Der Vor- und Rückwärtszähler 300

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2 B CJ 3 3 2 O

besitzt einen Zähleingang, auf dem er die Vorwärtszählimpulse T empfängt, einen Rückwärtszähleingang, auf dem er die Rückwärtszählimpulse T empfängt, sowie einen Takteingang F. Er besteht aus drei JK-Kippstufen 310, 320 und 3 30, die über NICHT-ODER und ODER-Glieder 311 - 314, 321 - 325 und 331 und miteinander verbunden sind.

Der Dekodierer 400 liefert ein Signal I, wenn der Zählimpuls T auf einen Zählzustand 101 und wenn der Impuls T auf einen Zählzustand 000 trifft. Der Dekodierer enthält hierzu zwei ODER-NICHT-Glieder 4Ol und 402.

Im Gegensatz zu den weiter oben beschriebenen Schaltungen benutzt der in Fig. 12 dargestellte Vor- und Rückwärtszähler 300 zwei Zustände nicht, den dezimalen Zustand 6 und den Zustand 7. Befindet er sich anfänglich in einem dieser Zustände, dann kehrt er automatisch nach einer gewissen Zeit

die^ zum Zustand 5 zurück, wie Fig. 16 zeigt. Da ^Wahrscheinlichkeit, einen Vorwärtszählbefehl, einen Rückwärtszählbefehl oder einen Befehl zur Aufrechterhaltung des Zustands zu erhalten^ in etwa gleich ist, d.h. ein Drittel beträgt, wird der Übergangsbetrieb kurz sein. Sobald der Vor- und Rückwärtszähler die nicht genutzten Zustände verlassen hat, nimmt er einen richtigen Zustand ein, sobald die laufende Quersumme ihre obere und untere Grenze erreicht hat, was sehr rasch geschieht!, da die Anzahl der möglichen Zustände sehr klein ist«,

Fig. 17 zeigt eine Schaltungsanordnung ähnlich der gemäß Fig. 12, bei der jedoch der Zähler 500 als Gray-Kode Zähler ausgebildet ist.

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Dor synchrone Vor- und Rückwärtszähler Modulo-6 500 besitzt einen Vorwärts zLlhloingang, auf dem er die Impulse T empfangt, einen Rückwärtszähleingang, auf dsm er die Impulse ΐ empfängt, sowie einen Takteingang F. ür ist aus drei D-Kippscufon 510, 530 und 530 aufgebaut, dio über logische NICHT-UND-Glieder 511 bis 514, 521 bis 524 und 53 . bis 53 3 verbunden sind.

Der Dekodierer 600 umfaßt zwei NICHT-ODER Glieder und 602, die ansprechen, wenn der Zählimpuls T mit dem Zählzustand 111 und wenn der Impuls T mit dem Zählzustand 000 zusammenfällt.

Die Variablen T und T sowie ihre Komplemente T und T v/erden auf die verschiedenen Glieder über zwei Treibertore 550 und 560 verteilt, die jeweils zwei Ausgänge besitzen, von denen einer normal und dar andere invertiert ist. Der Aufbau des Zählers kann leicht nun den Tafeln und Tabellen von Fig. IC - 21 abgeleitet v/erden, die analoge Darstellungen wie Fig. 13 - 16 enthalten.

Der zur in Fig. 17 gezeigten »Schaltung gehörende Vor- und Rückwärtszähler 500 besitzt zwei nicht genutzte zustände, die dezimalen Zustände 4 und 5. Wenn er sich beim Einschalten zufällig in einem dieser Zustände befindet, geht er automatisch im folgenden Zählzeitpunkt auf einen der zulässigen Zustände 2, 6 oder 7 über, wie Fig. 21 zeigt.

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COMPAGNIE INDUSTRIELLE DES TELECOMMUNICATIONS

CIT-ALCATEL S.A. 12, rue de la Baume, 75008 PARIS, Frankreich

SCHALTUNGSANORDNUNG ZUR ERMITTLUNG VON ÜBERTRAGUNGSFEHLERN IN EINEM DIGITALEN NACHRICHTENSYSTEM

PATENTANSPRÜCHE

(1/- Schaltungsanordnung zur Ermittlung von Übertragungsfehlern durch Überwachung der akkumulierten Quersumme in einem digitalen Nachrichtensystem mit aus ternären Ziffernfolgen zusammengesetzten Zahlen, wobei sendeseitig die Ziffernfolge für eine zu übertragende Zahl unter verschiedenen möglichen Kodes so gewählt wird, daß die akkumulierte Quersumme stets innerhalb gegebener Grenzen bleibt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vor- und Rückwärtszähler vorgesehen ist, dem ein Dekodierer zugeordnet ist, daß der Zähler vorwärts zählt, wenn einer der ternären ziffernwerte vorliegt, rückwärts zählt, wenn ein zweiter ternärer Ziffernwert vorliegt und seinen vorherigen Zählzustand beibehält, wenn der dritte Ziffernwert vorliegt, und daß der Dekodierer beim Erreichen eines oberen und eines unteren Zählgrenzwerts einen Übertragungsfehler anzeigt.

2 - Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippstufen des Vor- und Rückwärtszählers JK*Kippstufen sind.

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3 - Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippstufen des Vor- und Rückwärtszählers D-Kippstufen sind.

4 - Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler ein Gray-Kode-Zähler ist.

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