DE3527726A1 - Verfahren zur gesicherten datenuebertragung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gesicherten Datenübertragung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 oder 2. Zur Übertragung von digitalen Daten werden üblicherweise für die Korrektur von statistisch verteilten Fehlern zyklische Blockcodes verwendet. Diese Codes weisen einen linearen systematischen Blockaufbau auf und sind mittels rückgekoppelter Schieberegister relativ unaufwendig zu realisieren.

Bei schwergestörten Datenkanälen, insbesondere bei Burst- Fehlern, ist die Sicherung einer Datenübertragung problematisch. Es wurde hierfür eine Mehrfachübertragung vorgeschlagen, wobei ein Bose-Chaudhuri-Hocquenghem (BCH)-Code 127,78 verwendet wird und die Übertragung des Rahmens orthogonal zur Blockstruktur erfolgt (Draft EUROCOM D/1, IA9 vom Mai 1981). Durch dieses Vorgehen werden die Burst-Fehlerbits auf mehrere Blöcke verteilt und können somit regeneriert werden, wodurch eine wesentlich größere Burstlänge als 7 Bit, welche der genannte 127,78-BHC-Blockcode zu verarbeiten imstande ist, zugelassen werden kann. Dieses Bit-Interleaving- Verfahren hat aber bei einer kleinen Anzahl N zu übertragenden Blöcke den Nachteil, daß bei sehr großen Burstlängen mehrere Spalten-Bits gestört sein können, wodurch die Vorwärtskorrektur nicht mehr möglich ist. Man hat deshalb eine Mehrfachübertragung (Block Interleaving) vorgeschlagen, die es gestattet, eine Mehrheitsentscheidung durchzuführen und das am häufigsten erkannte Wort als richtig übertragen decodiert wird.

Dieses Verfahren des Block-Interleavings erlaubt allerdings, daß bei einer gezielten Anwendung von Hochenergiestörern mit kritischer Frequenz der Burst-Folge bzw. bei einer gezielten periodischen Störung mit einer Folgefrequenz, die der Anzahl oder einem ganzen Vielfachen der verwendeten "Zeilenzahl" entspricht, alle bitpositionsgleichen Informationen gleichartig verfälscht werden und damit im Falle eines Nicht-Bit- Interleaving-Verfahrens ganze Blöcke gestört oder gelöscht werden oder im Falle des Bit-Interleaving-Verfahrens auf jeden Fall die Mehrheitsentscheidung falsche Werte liefert.

Der vorliegenden Erfindung lag deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das es erlaubt, die Restfehlerrate bei der eingangs genannten Datenübertragung mit Vorwärtskorrektur (FEC) auch bei sehr stark gestörten Datenkanälen weiter zu senken. Eine Mehrfachübertragung ist hierbei Grundvoraussetzung. Jedoch sollten zusätzlich die Aufwände für ein solches Verfahren reduziert werden können.

Die Lösung erfolgt mit den gekennzeichneten Merkmalen des Anspruchs 1 oder 2. Optimale Ausgestaltungen ergeben sich durch die Unteransprüche.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen darin, daß durch die Verwendung von relativ kurzen BCH-Codes der Rechneraufwand sowohl auf der Sender- als auch auf der Empfangsseite wesentlich verkleinert werden kann. Auch können aufgrund der verwendeten kurzen BCH-Codes größere Burstlängen verarbeitet werden, da die Anzahl N der Blöcke entsprechend vergrößert wird. Durch die zyklische Vertauschung der zeitlichen Lage der N Blöcke oder der Block-Bits innerhalb des Blockes ergibt sich der Vorteil, daß Burst-Störungen jeweils andere Bitpositionen treffen und damit eine höhere Wahrscheinlichkeit besteht, mit Mehrheitsentscheidung erkannt und eleminiert werden zu können.

Durch die "Tactical Communications Systems" von EUROCOM (D/1, IA9 vom September 1984) ist zwar ein Mehrfachübertragungsverfahren mit Block-Interleaving vorgeschlagen worden, bei dem ebenfalls ein relativ kurzer BCH-Code verwendet, das Bit-Interleavingverfahren jedoch nicht angewendet wird. Das vorgeschlagene Verfahren weist jedoch ebenfalls die zuvor genannten Nachteile auf.

Es folgt nun die Beschreibung der Erfindung anhand der Figuren.

Die Fig. 1 zeigt die Matrix-Block-Struktur einer zu übertragenden Information, ebenso die Fig. 2.

In Fig. 1 ist die zeilenweise Anordnung der Blöcke N, Block N-1 usw. bis Block 1 erkennbar. Hinter jedem Block ist ein Synchronisationswort SN bis S 1 angeordnet. Die Blöcke enthalten jeweils ein Daten- oder Informationsfeld und ein Redundanzfeld. In vorliegendem Fall wurde ein 36/24-BCH-Code zugrunde gelegt, welcher 24 Informations-Bits D 1 bis D 24 bei 12 Redundanz-Bits R 1 bis R 12 vorsieht. Die unterste Zeile des Blockes 1 zeigt die Anordnung der 12 Redundanz-Bits vor den 24 Daten-Bits. Der darüberliegende nächste Block 2 zeigt eine andere, nämlich eine Verschiebung der Redundanz- und Daten-Bits, wobei zunächst die Redundanz-Bits R 3 bis R 1, dann die 24 Daten-Bits D 24 bis D 1 und anschließend die Positionierung der restlichen Redundanz-Bits R 12 bis R 4 erfolgt. Hier ist also eine Verschiebung um 9 Bits durchgeführt worden, welche auch beim nächsten Block, dem Block 3, erkennbar ist. Hier sind zunächst die Daten-Bits D 18 bis D 1, anschließend die Redundanz-Bits R 12 bis R 1 und zum Schluß die restlichen Daten-Bits D 24 bis D 19 positioniert. Wiederum um 9 Bits versetzt sind die Bits des nächsten Blockes, dem Block 4, bei dem zunächst die Daten-Bits D 9 bis D 1 angeordnet sind, welchen die Redundanz-Bits R 12 bis R 1 und schließlich die restlichen Daten-Bits D 24 bis D 10 folgen. Damit ist eine erste Sequenz beendet, der Block 5 weist wiederum dieselben Bitpositionen auf wie der Block 1, der Block 6 entsprechend wiederum die gleichen Bitpositionen wie der Block 2 usw.. Eine solche zyklische Verschiebung um eine 9er-Bit-Gruppe ist relativ einfach zu realisieren. Es ist leicht einzusehen, daß bei orthogonalem Auslesen der zu übertragenden Information bei Burst-Fehlern immer wieder andere Bitpositionen getroffen werden.

In Fig. 2 ist eine ebenfalls matrixförmige Blockstruktur der zu übertragenden Information dargestellt, wobei zeilenweise jeweils N Blöcke angeordnet sind. Den Blöcken gehen jeweils 2 Rahmen-Bits F 1 und F 2 voraus. Die Zeilen 2, 3 und 4 enthalten dieselben Blöcke 1 bis N, d. h. es liegt ein 4fach Block-Interleavingverfahren vor. Danach erfolgt die Übertragung der Blöcke N+1 bis 2 N. Die Rahmen-Bits der Erstübertragung der Blöcke haben den Wert 00, während die Zweit-, Dritt- und Viertübertragung jeweils den Wert 10 aufweisen. Gemäß der Erfindung sind nun nicht wie bei den üblichen Block-Interleavingverfahren die Blöcke 1, 2 usw. jeweils untereinander positioniert, sondern die Blöcke sind in ihrer Position zyklisch verschoben, wobei im Beispiel der Fig. 2 die Verschiebung jeweils um einen Block erfolgt. Selbstverständlich können auch andere Verschiebungen gewählt werden. Zusätzlich können die einzelnen Bitpositionen innerhalb der Blöcke ebenfalls verschoben sein, beispielsweise bei dem zugrunde gelegten 31,21 BCH-Code mit Übertragung nur der Bits 4 bis 31, also 28 Bits, durch eine Verschiebung um ein 7- Bit-Paket. Wird N jeweils mit einem durch 4 teilbaren Wert gewählt, so hat man in den verschiedenen Blockspalten jeweils die Bitpositionen 4 bis 31 in der ersten Blockspalte, 11 bis 31, 4 bis 10 in der zweiten Blockspalte und 25 bis 31, 4 bis 24 in der letzten Blockspalte, wie es in Fig. 2 dargestellt ist.

Wird die Blockanzahl N zu einem anderen Wert gewählt, so sind den einzelnen Blockspalten die Bitpositionen nicht fest zugeordnet, sondern jeweils verschieden. Eine solche Kombination von Verschiebungen ist nicht nur relativ unaufwendig, sondern bringt auch die weiter oben erwähnte Verbesserung der Datenübertragung.

Claims (5)

1. Verfahren zur gesicherten Datenübertragung unter Verwendung eines zyklischen Blockcodes, wobei die Information in N Blöcken übertragen wird, die jeweils aus D Bits Information und R Bits Redundanz bestehen, wobei die R Redundanz-Bits durch arithmetische Verknüpfung aus den D Informations-Bits mit einem Generator-Polynom erzeugt werden, und wobei die Übertragung der N Blöcke ein- oder mehrfach wiederholt wird und wobei die Übertragung jeweils in Rahmen erfolgt, denen eine Präambel vorausgeht, dadurch gekennzeichnet, daß ein Blockcode kleiner Länge, beispielsweise 31/21 oder 36/24, verwendet wird, und
daß bei der Wiederholung der Übertragung der N Blöcke die zeitliche Lage dieser N Blöcke zyklisch geschiftet wird.

2. Verfahren zur gesicherten Datenübertragung unter Verwendung eines zyklischen Blockcodes, wobei die Information in N Blöcken übertragen wird, die jeweils aus D Bits Information und R Bits Redundanz bestehen, wobei die R Redundanz-Bits durch arithmetische Verknüpfung aus den D Informations-Bits mit einem Generator-Polynom erzeugt werden, und wobei die Übertragung der N Blöcke ein- oder mehrfach wiederholt wird und wobei die Übertragung jeweils in Rahmen erfolgt, denen eine Präambel vorausgeht, wobei die zu übertragenden Daten in N Zeilen, die jeweils einen oder mehrere Blöcke zu jeweils D Informations-Bits (Informationsfeld) und R Redundanz- Bits (Redundanzfeld) sowie einem Synchronisationsfeld enthalten, matrixförmig zwischengespeichert werden und orthogonal (spaltenweise) ausgelesen und anschließend in dem Rahmen übertragen werden (Bit Interleaving), dadurch gekennzeichnet, daß ein Blockcode kleiner Länge, z. B. 31/21 oder 36/24, verwendet wird und
daß bei der Wiederholung der Übertragung der N Blöcke die zeitliche Länge dieser N Blöcke zyklisch geschiftet wird.

3. Verfahren nach einem der beiden Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als zyklischer Blockcode ein primitiver Bose-Chaudhuri-Hocquenghem-Code verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Blockanzahl N jeweils Werte in dem Bereich von beispielsweise 125 bis 255 annimmt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Empfangsseite die zyklische Vertauschung der zeitlichen Lage der N Blöcke wieder zurückgenommen wird und somit die N Blöcke aufgrund der ein- oder mehrfachen Wiederholung mehrfach zur Verfügung stehen und daß ein Mehrheitsentscheidungsdetektor (Running Majority Voting Detector) eingesetzt wird.