-
-
Verfahren zur Wiedergewinnung der Information
-
eines Datensignals bei Mehrwegeübertragung Die vorliegende Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Wiedergewinnung der wahren Information eines Datensignals,
das gleichzeitig über mehrere voneinander unabhängige Wege übertragen worden ist.
-
Ein Datensignal, das von einem Sender aus über mehrere Wege parallel
zu einem Empfänger übertragen wird, kann auf den einzelnen übertragungswegen verschiedene
Störungen erfahren.
-
Die Zeichen, aus denen sich das Datensignal zusammensetzt, erleiden
durch Störungen auf den Übertragungswegen Informationsverfälschungen. Auch Laufzeitverschiebungen
zwischen dem gleichzeitig auf alle Übertragungswege gegebenen, die gleiche Information
aufweisenden Zeichen können auftreten.
-
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs
genannten Art anzugeben, durch das die Information eines über mehrere Wege übertragenen
Datensignals, welches auf den verschiedenen übertragungswegen Störungen ausgesetzt
ist, sicher und unverfälscht wiedergewonnen werden kann.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in jedem der
den einzelnen übertragungswegen zugeordneten Empfangskanälen die eingehenden Zeichen
des Datensignals auf Vollständigkeit ihrer Zeichenstruktur überprüft werden und
in all den Empfangskanälen, in denen eine fehlerhafte Zeichenstruktur erkannt worden
ist, der Stand eines darin vorhandenen Zählers um einen Zählschritt verändert wird,
daß darin aus den Empfangszeitpunkten der an den Empfangskanälen anliegenden, vom
Informationsgehalt her einander entsprechenden Zeichen ein mittlerer Empfangszeitpunkt
ermittelt wird und bei einer über einen zulässigen Betrag
hinausgehenden
Abweichung des Empfangszeitpunktes eines Zeichens von dem mittleren Empfangszeitpunkt
der Stand des Zählers in dem das zeitlich verschobene Zeichen aufweisenden Empfangskanal
verändert wird, daß anschließend durch einen Mehrheitsentscheid aus den jeweils
zueinander gehörenden Bits der an den Empfangskanälen anliegenden, vom Informationsgehalt
her einander entsprechenden Zeichen der am häufigsten auftretende Bitwert ermittelt
und der Zählerstand des Empfangskanals, in dem eine Abweichung von dem mehrheitlich
auftretenden Bitwert vorliegt, verändert wird, daß darauf in jedem Empfangskanal
in Abhängigkeit von seinem Zählerstand ein Wichtungsfaktor für das gerade vorliegende
Zeichen dieses Empfangskanals gebildet wird, wobei der Wichtungsfaktor bei einer
großen in dem Empfangskanal auftretenden Fehlerhäufigkeit kleiner ist als bei einer
geringen Fehlerhäufigkeit, und daß schließlich die gewichteten Zeichen aller Empfangskanäle
aufsummiert werden.
-
Zweckmäßige Ausführungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen
hervor.
-
Anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen wird
nun die Erfindung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Funktionsschema einer Mehrwegeempfangsanlage
mit n Empfangskanälen, Fig. 2 eine Schaltung für den Zeitvergleich zwischen den
an den Empfangskanälen anliegenden Zeichen, Fig. 3 eine Schaltung für den Informationsvergleich
zwischen den an den Empfangskanälen anliegenden Zeichen, Fig. 4 eine Schaltung zur
Bestimmung von Wichtungsfaktoren für die Zeichen der einzelnen Empfangskanäle und
Fig. 5 eine Schaltung zur Optimierung der Wichtungsfaktoren.
-
Am in der Fig. 1 dargestellten Funktionsschema eines nkanaligen Empfängers
für ein über n (nu1) voneinander unabhängige Wege übertragenes Datensignal soll
nachfolgend das erfindungsgemäße Verfahren beschrieben werden.
-
Die Fig. 1 zeigt von den insgesamt n Empfangskanälen, die alle vollkommen
identisch aufgebaut sind, nur zwei, nämlich den ersten Empfangskanal K1 und den
n-ten Empfangskanal Kn.
-
In einer ersten Einheit 1 jedes Empfangskanals wird zuerst das eingehende
Zeichen auf seine vollständige Zeichenstruktur überprüft; d.h. es wird kontrolliert,
ob das Zeichen auch sämtliche Bitstellen, angefangen vom Startbit über die Informationsbits,
das (die) Paritybit(s) und das Stopbit, aufweist. Wird eine Unvollständigkeit der
Zeichenstruktur festgestellt, so erfolgt eine Fehlermeldung. Das von der Einheit
1 abgegebene Fehlersignal gelangt an einen Zähler 2 und zwar dort an einen für das
Abwärtszählen des Zählers zuständigen Eingang. Sobald also ein Zeichen mit einer
fehlerhaften Zeichenstruktur in einen Empfangskanal eingegangen ist, wird der zu
diesem Empfangskanal gehörende Zähler 2, welcher zu Beginn einer Datenübertragung
auf dem höchsten Zählerstand steht, um einen Zählschritt zurückgesetzt.
-
In der nächsten Einheit 3 wird ein Zeitvergleich zwischen den an sämtlichen
Empfangskanälen K1 ... Kn anliegenden Zeichen, die, mit der gleichen Information
versehen, gleichzeitig über die verschiedenen Übertragungswege ausgesendet worden
sind. Dazu werden von den Zeichen aller Empfangskanäle K1 ... Kn die Empfangszeitpunkte
- das können z.B.
-
die Zeitpunkte sein, an denen in den Blöcken 1 der Eingang des jeweils
letzten Bits (Stopbit) eines vollständigen Zeichens registriert wird - in einem
Block 4 gemittelt.
-
Mit diesem mittleren Empfangszeitpunkt werden die Empfangszeiten der
einzelnen Zeichen in den Blöcken 3 verglichen.
-
Fällt in einem Empfangskanal der Empfangszeitpunkt des
Zeichens
aus einem Zeitfenster heraus, das z.B. 75% der Dauer eines Zeichens breit ist und
symmetrisch zum mittleren Empfangszeitpunkt liegt, so wird vom Block 3 dieses Empfangskanals
ein Fehlersignal abgegeben, welches den Stand des zugehörigen Zählers 2 um einen
Schritt vermindert.
-
Einen exakteren Zeitvergleich zwischen den Empfangszeitpunkten der
Zeichen erhält man, wenn man die in einem ersten Mittelungsprozeß sehr weit von
dem ersten mittleren Empfangszeit punkt abweichenden Empfangszeitpunkte bei einem
zweiten Mittelungsprozeß eliminiert. Hierdurch wird ausgeschlossen, daß der Empfangszeitpunkt
eines Zeichens als zu stark vom mittleren Empfangszeitpunkt erkannt wird, obwohl
es eigentlich zeitlich relativ zu den anderen Zeichen noch gut liegt.
-
Die folgende Einheit 5 führt einen Informationsvergleich der nach
dem Zeitvergleich zeitlich synchronisierten Zeichen aller Empfangskanäle K1 ...
Kn durch. Dabei werden die einzelnen jeweils zueinander gehörenden Bits der Zeichen
im Block 6 einer Mehrheitsentscheidung unterworfen; d.h. es wird der mehrheitlich
auftretende Bitwert ("O" oder "1") ermittelt. Mit diesem mehrheitlich auftretenden
Bitwert wird dann der Bitwert in den Blöcken 5 der einzelnen Empfangskanäle K1 ...
Kn verglichen. Bei Abweichung eines Bitwerts in einem Empfangskanal von dem mehrheitlich
auftretenden Bitwert gibt der Block 5 ein Fehlersignal ab, welches den Zähler 2
dieses Empfangskanals um einen Zählschritt herabsetzt.
-
In Abhängigkeit von den Zählerständen wird schließlich in einem Block
7 in den einzelnen Empfangskanälen ein Wichtungsfaktor für die Zeichen bestimmt.
Je niedriger der Zählerstand, d.h. je größer die Fehlerhäufigkeit der Zeichen in
einem Empfangskanal ist, desto geringer wird der Wichtungsfaktor für die Zeichen
in dem Empfangskanal eingestuft.
-
Der Wichtungsfaktor für die Zeichen in einem Empfangskanal sollte
aber wieder erhöht werden, wenn in dem Empfangskanal mehrere fehlerfreie Zeichen
eingegangen sind. Zu diesem Zweck wird der Stand des Zählers 2, wenn eine bestimmte
Anzahl N fehlerfreier Zeichen registriert worden ist, um einen Schritt erhöht und
damit der Wichtungsfaktor ebenfalls um eine Stufe heraufgesetzt. Man kann nun die
Zahl N der geforderten fehlerfreien Zeichen als Konstante festsetzen.
-
Zweckmäßiger ist es aber, die Zahl N während der Datenübertagung zu
variieren und zwar so zu variieren, daß der Wichtungsfaktor sich nach Möglichkeit
nicht in unmittelbarer Nähe seiner obersten oder seiner untersten Grenze aufhält.
Befindet sich nämlich der Wichtungsfaktor auf seiner obersten Stufe, so wird er
unempfindlich gegenüber einer Verbesserung der Fehlerhäufigkeit der Zeichen, und
befindet er sich auf seiner untersten Stufe, so wird er unempfindlich gegenüber
einer Verschlechterung der Fehlerhäufigkeit der Zeichen. Um diesen Nachteil zu vermeiden,
wird für alle Empfangskanäle K1 ... Kn die Zahl N der erforderlichen fehlerfreien
Zeichen so gewählt, daß der mittlere Wichtungsfaktor aller Empfangskanäle immer
einem Bereich zustrebt, der etwa in der Mitte zwischen der höchsten und der niedrigsten
Wichtungsfaktorstufe liegt.
-
Dazu werden in einem Block 8 die in den Blöcken 7 der Empfangskanäle
K1 ... Kn bestimmten Wichtungsfaktoren gemittelt. Je nach Abweichung des mittleren
Wichtungfaktors von der oberen bzw. unteren Schwelle eines in der Mitte zwischen
der maximalen und minimalen Wichtungsfaktorstufe liegenden Bereichs wird die Zahl
N der erforderlichen feh-'lerfreien Zeichen ermittelt, nach deren Auftreten der
Zähler 2 in die Lage versetzt wird um eine Zählstufe aufwärts zu zählen. Im Block
9 eines jeden Empfangskanals wird der Aufwärtszählimpuls für den Zähler 2 erzeugt,
wenn N fehlerfreie Zeichen die Blöcke 1, 3 und 5 passiert haben, wobei die Zahl
N umso größer gewählt wird, je weiter der mittlere
Wichtungsfaktor
oberhalb der oberen Schwelle des Mittenbereichs liegt und sie umso kleiner gewählt
wird, je weiter der mittlere Wichtungsfaktor unterhalb der unteren Schwelle des
Mittenbereichs liegt.
-
Die auf diese Art gewichteten Zeichen aller Kanäle werden letztendlich
im Block 10 aufsummiert. Das Resultat der Summation ist dann ein Zeichen mit der
ursprünglichen, unverfälschten Information, wie sie das Zeichen vor der Übertragung
über die verschiedenen Wege besaß.
-
Anhand des in Fig. 2 dargestellten Schaltungsbeispiels soll nachfolgend
erläutert werden, wie der Zeitvergleich (vgl.
-
Block 3 in Fig. 1) zwischen den Empfangszeitpunkten der Zeichen vorgenommen
und bei Zeitverschiebung eines Zeichens ein Fehlersignal erzeugt wird.
-
An den Eingängen eines Zeitgebers Z liegen Signale D1 ...
-
Dn, welche den vollständigen Eingang jedes Zeichens in den Empfangskanälen
K1 ... Kn signalisieren. Das von den Bereitschaftssignalen D1 ... Dn sämtlicher
Empfangskanäle zuerst erscheinende Bereitschaftssignal startet den Zeitgeber Z,
der dann nach einer Zeit, die etwa 75% der Dauer eines Zeichens entspricht, wieder
abschaltet.
-
Im weiteren Verlauf der Schaltung sind alle Empfangskanäle, von denen
in der Fig. 2 nur der erste Kanal K1 und der n-te Kanal Kn eingezeichnet sind, gleichartig
aufgebaut.
-
Ein D-Flipflop F1 ... Fn erhält an einem Eingang das Bereitschaftssignal
D1 ... Dn und an seinem anderen Eingang ein Signal des Zeitgebers Z, solange dieser
in Betrieb ist.
-
Liegen beide Signale gleichzeitig an den Eingängen des Flipflops,
so setzt sein von Null verschiedenes Ausgangssignal einen Speicher SP1 ... SPn,
welcher an den Zeitsignalausgängen des Zeitgebers Z angeschlossen ist, in die
Lage,
die Zeit abzuspeichern, welche vom Start des Zeitgebers durch das früheste Bereitschaftssignal
bis zum Auftreten des dem jeweiligen Empfangskanal zugehörigen Bereitschaftssignals
vergangen ist.
-
Der in digitaler Form vorliegende Speicherinhalt wird einem Digital-Analog-Umsetzer
DA1 ... DAn zugeführt. Die an den Ausgängen der Digital-Analog-Umsetzer DA1 ...
DAn aller Empfangskanäle in Form von Analogsignalen vorliegenden Empfangszeitpunkte
der Zeichen werden in dem strichliert gezeichneten Block M einem Mittelungsprozeß
unterworfen.
-
An den Ausgängen der Digital-Analog-Umsetzer DA1 ... DAn sind Schalter
S1 ... Sn angeschlossen, welche geschlossen sind, wenn die Flipflops F1 ... Fn ein
Ausgangssignal aufweisen. Gibt aber ein Flipflop eines Empfangskanals kein Ausgangssignal
ab, weil der Empfangszeitpunkt des zuOehörigen Zeichens nicht in den durch den Zeitgeber
vorgegebenen Zeitrahmen fällt, so bleibt der Schalter geöffnet und trennt diesen
Empfangskanal von der für die Mittelwertbildung zuständigen Schaltungseinheit M.
-
In den strichliert umrandeten, jedem einzelnen Empfangskanal zugeordneten
Schaltungseinheiten EM1 ... EMn wird die Abweichung des jeweiligen Empfangszeitpunktes
eines Zeichens von dem mittleren Empfangszeitpunkt aller Zeichen bestimmt. Fällt
die Abweichung des dem einzelnen Empfangszeitpunkt entsprechenden Ausgangssignals
des DiOital-Analog-Umsetzers DA1 ... DAn von dem dem mittleren Empfangszeitpunkt
entsprechenden Ausgangssignal der Schaltungseinheit M aus einem Rahmen, der nach
oben durch die Referenzspannung U B + Ud und nach unten durch die Referenzspannung
7 UB - Ud begrenzt ist, so gibt die Schaltung EM1 ... EMn 7 ein Signal an einen
Eingang eines D-Flipflops FF1 ... FFn ab. Das dadurch am Ausgang des Flipflops entstehende
Signal zeigt an, daß wegen zu großer Zeitabweichung ein Feh-
ler
vorliegt. Dieses Fehlersignal wird, wie oben beschrieben, herangezogen, um den Zählerstand
des Zählers (vgl.
-
Block 2 in Fig. 1) um einen Schritt zurückzusetzen.
-
In der Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Schaltung dargestellt,
die den Informationsvergleich (vgl. Block 5 in Fig. 1) zwischen den parallel an
allen Empfangskanälen K1 ... Kn anliegenden Zeichen durchführt. Der Informationsvergleich
findet in der Form statt, daß der Reihe nach jedes Bit eines Zeichens eines Empfangskanals
mit den entsprechenden Bits der Zeichen der anderen Empfangskanäle verglichen wird.
Dabei werden die Bits in den anderen Empfangskanälen einem Mehrheitsentscheid darüber
unterworfen, ob der Bitwert 1 oder der Bitwert "0" häufiger vorkommt. Den Mehrheitsentscheid
trifft eine Schaltung ME1 ... MEn, bestehend aus einem Operationsverstärker, an
dessen einem Eingang eine Referenzspannung UB gelegt ist und dessen anderer Eingang
über Widerstände mit den Empfangskanälen verbunden ist, deren Bits in die Mehrheitsentscheidung
mit einbezogen werden sollen. Das Ausgangssignal der Schaltung ME1 ... MEn, das
dem mehrheitlich auftretenden Bitwert entspricht, gelangt an einen Eingang eines
Exklusiv-Oders E01 ... EOn.
-
Der andere Eingang dieses Exklusiv-Oders ist mit demjenigen Empfangskanal
verbunden, dessen Bit mit dem mehrheitlich auftretenden Bitwert zu vergleichen ist.
Bringt der Vergleich keine Identität beider Bits, so erscheint am Ausgang des Exklusiv-Oder
ein Fehlersignal, was wiederum dazu dient, den Zähler (vgl. Block 2 in Fig. 1) des
den Fehler aufweisenden Empfangskanals um einen Zählerschritt zurückzusetzen.
-
Die Fig. 4 zeigt ein Schaltungsbeispiel für die Bestimmung der Wichtungsfaktoren
in Abhängigkeit von den Zählerständen in den Empfangskanälen K1 ... Kn. Die Zähler
Z1 ... Zn der einzelnen Empfangskanäle arbeiten hier z.B. mit vier Bitstellen. Dementsprechend
weist jeder Empfangskanal vier
Parallelzweige mit jeweils einem
Widerstand R, 2R, 4R, 8R und in Reihe dazu einem Schalter SH1, SH2, SH3, SH4 auf.
-
Jeder Schalter wird durch einen der vier Ausgänge des Zählers Z1 ...
Zn angesteuert. Dabei führt der Ausgang des Zählers Z1 ... Zn mit der höchsten Wertigkeit
23 an den mit dem kleinsten Widerstand R in Reihe liegenden Schalter SH1 und der
Ausgang mit der geringsten Wertigkeit 20 an den mit dem größten Widerstand 8R in
Reihe liegenden Schalter SH4. Dieser Reihenfolge entsprechend wird der Zweig mit
dem Widerstand 2R bei einer 1 am Zählerausgang mit der Wertigkeit 22 und der Zweig
mit dem Widerstand 4R bei einer f am Zählerausgang mit der Wertigkeit 21 mittels
des Schalters SH1 bzw. SH3 eingeschaltet. Durch die Abstufung der Widerstände R
bis 8R und die oben beschriebene Zuordnung der Zählerausgänge mit den verschiedenen
Wertigkeiten zu den Signalzweigen mit den abgestuften Widerständen ergibt sich,
daß bei einem hohen Zählerstand, gleichbedeutend mit einer geringen Fehlerhäufigkeit,
ein am Eingang der Parallelverzweigung anliegendes Signal wegen des geringen eingeschalteten
Widerstandes am Ausgang mit einer großen Amplitude, also mit einer hohen Wichtung
erscheint. Dagegen erscheint bei einem niedrigen Zählerstand, gleichbedeutend mit
einer hohen Fehlerhäufigkeit, am Ausgang der Parallelverzweigung wegen des großen
eingeschalteten Widerstandes das Signal mit nur kleiner Amplitude also mit geringer
Wichtung.
-
Die Summation (vgl. Block 10 in Fig. 1) aller an den Ausgängen al
... an der Parallelverzweigungen liegenden, gewichteten Zeichen übernimmt der in
Fig. 4 strichliert umrandete Summierer SU.
-
In der Fig. 5 ist eine Schaltungsanordnung dargestellt, welche die
optimale Anzahl N der fehlerfreien Zeichen ermittelt, nach denen die Zähler Z1 ...
Zn (vgl. Block 2 in Fig. 1) in den Empfangskanälen um jeweils einen Zählschritt
heraufgesetzt werden.
-
Wie im Zusammenhang mit der Fig. 1 beschrieben, werden die Wichtungsfaktoren
W1 ... Wn aller Empfangskanäle einem Mittelungsprozeß unterworfen. Hierfür ist die
in Fig. 5 mit MW bezeichnete Schaltungseinheit zuständig. An den Ausgang der Schaltungseinheit
MW ist ein Schwellwertdetektor SD angeschlossen, welcher detektiert, ob der mittlere
Wichtungsfaktor innerhalb oder außerhalb eines durch eine obere und eine untere
Schwelle begrenzten Bereichs liegt. Dieser Bereich sollte aus weiter oben erläuterten
Gründen etwa in der Mitte zwischen der größtmöglichen und der kleinstmöglichen Stufe
der Wichtungsfaktoren gelegt werden.
-
Der Schwellwertdetektor SD gibt an einen Zentralzähler ZZ ein Freigabesignal
ab, wenn der Mittelwert der Wichtungsfaktoren außerhalb des genannten Bereichs liegt,
und er veranlaßt den Zentralzähler ZZ aufwärts zu zählen, wenn der Mittelwert oberhalb
des Bereichs liegt, bzw. abwärts zu zählen, wenn der Mittelwert unterhalb des Bereichs
liegt.
-
Bei jedem einzelnen erkannten Zeichen vollzieht der Zentralzähler
ZZ einen Zählschritt, solange vom Schwellwertdetektor das Freigabesignal kommt.
Der Zentralzähler soll einen umso höheren Zählerstand N aufweisen je größer der
Abstand des mittleren Wichtungsfaktors von der oberen Bereichsgrenze ist, d.h. je
geringer die mittlere Fehlerhäufigkeit ist, und er soll einen umso niedrigeren Zählerstand
N aufweisen je größer der Abstand des mittleren Wichtungsfaktors von der unteren
Bereichsgrenze ist, d.h. je größer die mittlere Fehlerhäufigkeit ist. Der Zählerstand
des Zentralzählers ZZ gibt die Anzahl N der erforderlichen fehlerfreien Zeichen
an, die die einzelnen Empfangskanäle passiert haben müssen, um den Zähler (vgl.
Block 2 in Fig. 1) für die Bestimmung des Wichtungsfaktors um eine Zählstufe heraufzusetzen.
-
An den Ausgängen des die Zahl N angebenden Zentralzählers
ZZ
ist für jeden Empfangskanal ein Zähler ZN1 ... ZNn angeschlossen. Dieser Zähler
Zn1-... Znn gibt an den nachfolgenden, den Wichtungsfaktor bestimmenden Zähler Z1
... Zn (vgl. Block 2 in Fig. 1 und Z1 ... Zn in Fig. 4) dann einen Aufwärtszählimpuls
ab, wenn die von ihm gezählten fehlerfreien Zeichen mit der Zahl N übereinstimmen.
-
- Leeiseite -