DE3685914T2

DE3685914T2 - Fehlerkorrekturmechanismus.

Info

Publication number: DE3685914T2
Application number: DE8686105484T
Authority: DE
Inventors: Ju-Hi John Hong
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1985-06-05
Filing date: 1986-04-21
Publication date: 1993-02-25
Anticipated expiration: 2006-04-22
Also published as: CA1233233A; US4677627A; EP0207243A3; JPS61281721A; JPH0258816B2; EP0207243B1; EP0207243A2; DE3685914D1

Description

Hintergrund der Erfindung

(1) Bereich der Erfindung

Die Erfindung befaßt sich mit der Erkennung und Korrektur von Fehlern in der Informationsverarbeitung, genauer mit der Erkennung und Korrektur von Fehlern bei Signalen, die in einem Breitbandnetzwerk unter Verwendung eines duobinären Dreipegel- AM/PSK-Verschlüsselungsformats übertragen werden.

(2) Stand der Technik

Fehlererkennungs- und Fehlerkorrekturverfahren sind nach dem Stand der Technik bekannt. Die meisten Fehlererkennungs- und Fehlerkorrekturverfahren stehen in einem direkten Zusammenhang mit dem Kodierungsverfahren, das zum Handhaben der Daten benutzt wird. Die U.S. Patentschrift 4,118,686 beschreibt ein isoliertes (einzelnes) Fehlerkorrekturverfahren für die Bearbeitung von Daten, die mit einem modifizierten duobinären Format verschlüsselt sind. Das Fehlerkorrekturverfahren nutzt die speziellen Eigenschaften, die mit diesem spezifischen Code verbunden sind, um einen Fehler zu erkennen und zu korrigieren. Die Fehlerkorrektur beruht auf dem Prinzip, daß die Fehlerwahrscheinlichkeit für ein Bit am größten ist, wenn dieses Bit die maximale Amplitudenabweichung von der dazugehörigen Nennamplitude hat.
Die U.S. Patentschrift 3,418,631 beschreibt ein Fehlerkorrekturverfahren für Informationen, die mit einem gepaarten Ternärcode (PST-Code = Paired Selected Ternary Code) verschlüsselt wurden. Dieses Verfahren spürt insbesondere Übertragungsfehler auf, die durch einen Gleichstromanteil von ungleich Null verursacht wurden. Der Gleichstromanteil ungleich Null kann ernsthafte Probleme verursachen, wenn er über eine Tandemverbindung mit vielen Übertragungskanälen, die keinen Gleichstrom und keine niederfrequenten Anteile eines Signals übertragen können, akkumuliert wird. Spezielle Eigenschaften des PST-Codes werden benutzt, um diesen unerwünschten Zustand zu erkennen. Die aufgespürten fehlerbehafteten Bits werden durch einen eindeutigen Code ohne Gleichstromanteil ersetzt. Die Erscheinungshäufigkeit dieses Codes wird benutzt, um dem Zustand einer jeden Verbindung bei einer Tandemübertragung zu überwachen.
Die U.S. Patentschrift 4,276,649 beschreibt ein Verfahren zur Minimierung des Rauschens durch Übertragungsfehler in Systemen mit digitalisierter Sprache. Dieses Verfahren ist besonders wirkungsvoll bei Systemen mit Deltamodulation. Dies geschieht durch Auffinden des Fehlers in Form von Codeverletzungen in bipolar verschlüsselten Signalen (Umkehrcode mit alternierendem Merkmal). Wenn ein Fehler erkannt wurde, wird Leerlaufrauschen erzeugt.
Die U.S. Patentschrift 3,866,147 beschreibt ein Verfahren zur Implementierung eines korrelierten Ternärcodes. Für diesen Code wird beansprucht, daß er eine spektrale Leistungsdichte wie ein duobinärer Code hat, aber über mehr Datenübergänge verfügt, die zur Taktrückgewinnung im Empfänger genutzt werden können. Die Fehlererkennung beruht auf den speziellen Eigenschaften des Codes.
Vor kurzem hat das IEEE Local Area Network (Projekt 802.4) neue Standards vorgeschlagen, die ein vielfältiges Zugangschema zur Kennungsweitergabe auf einem Breitbandnetzwerk ermöglichen. Das Konzept benutzt die duobinäre AM/PSK-Modulation, um eine Datenrate von 5 MB pro Sekunde in einem 6 MHz-Kanal zu erreichen. Es wird ein Ternär-Signalformat vorgeschlagen. Im Vergleich zum binären Signalformat ist das ternäre Format empfindlicher gegen Rauschen. Ausgedrückt durch eine Bitfehlerrate (BER) gegenüber dem Verhältnis Signal zu Störgröße (SNR) benötigt das Ternärformat ein um 6 dB größeres Signal- Rausch-Verhältnis als das binäre Signal. Die höhere SNR- Anforderung wirft ein Problem auf, da das System empfindlicher gegenüber Übertragungsfehlern ist, die durch Rauschen (Störungen) im Breitbandnetzwerk verursacht werden. (Zu beachten ist, daß in einem Breitbandnetzwerk die Signalleistung nicht über einen bestimmten Höchstwert hinaus gesteigert werden kann, ohne die anderen Signale zu beeinflussen, die das Breitbandnetzwerk teilen.)
In der Veröffentlichung Data Communications Band 12, Juni 1983, wird das grundlegende Format der Datenstruktur beschrieben. Es besteht aus: dem Vorspann, dessen Zweck es ist, den Knotenempfänger über die zeitliche Abfolge der Signale und die Amplitude zu informieren, die er erwarten kann, wenn Daten ankommen, dem Start-Blockbegrenzer (SDEL), der den Vorspann von den darauffolgenden Daten trennt und dem End-Blockbegrenzer (EDEL). Beide, SDEL und EDEL, beinhalten Zeichen, die keine Daten darstellen und immer paarweise auftreten. Der SDEL ist durch ein Signalmuster aus sechs Bits gekennzeichnet: keine Daten keine Daten 0 keine Daten keine Daten 0. Der EDEL ist durch ein Signalmuster aus sechs Bits gekennzeichnet: keine Daten keine Daten 1 keine Daten keine Daten 1. Die Länge und Struktur dieser Muster wurde gewählt, um zu verhindern, daß die Begrenzer als Daten interpretiert werden, wenn weniger als vier Bits durch vom Rauschen verursachte Fehler geändert wurden. Lange Folgen von logischen Nullen und Einsen werden vom Sender aufgeteilt, welcher das inverse Symbol und ein Nicht-Daten-Paar an die Stelle von drei identischen Symbolen setzt: (invers) keine Daten keine Daten. Dieses Dokument beschreibt lediglich die Beschaffenheit unterschiedlicher Blockstrukturen, aber beinhaltet weder eine Methode noch ein Mittel, um Daten- und Keine-Daten-Fehler festzustellen und/oder zu korrigieren.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist daher der Hauptzweck der vorliegenden Erfindung, eine neue Technik und ein neues Mittel für die Verarbeitung von Daten bereitzustellen, die in Übereinstimmung mit dem oben vorgeschlagenen Standard übertragen werden. Die neuartige Technik führt zu einer beachtlichen Reduzierung der SNR- Anforderungen.
Die neuartige Technik beinhaltet einen Fehlerkorrekturalgorithmus, der selektiv auf einen Datenblock in der vorgeschlagenen physikalischen (Übertragungs)schicht angewandt wird.
Sie besteht aus folgenden Stufen:
(a) Empfang elektrischer Signale, die repräsentativ sind für Informationen aus besagtem Netzwerk,
(b) Erzeugung eines ersten Daten darstellenden Bitstroms aus dem besagten Strom elektrischer Signale,
(c) Erzeugung eines zweiten keine Daten darstellenden Bitstroms aus dem besagten Strom elektrischer Signale,
(d) selektive Zusammensetzung einer vorbestimmten Anzahl von Datenbits und von Bits, die keine Daten darstellen, zur Bildung eines Feldes innerhalb eines rekonstruierten Blocks,
(e) Absuchen des Feldes nach einer vorbestimmten Anzahl Wiederholungen eines speziellen Zeichensatzes, der keine Daten darstellt,
(f) Einfügung von Zeichen, die keine Daten darstellen, um den Satz zu vervollständigen, falls die Zahl der Wiederholungen kleiner ist als die vorbestimmte Anzahl und
(g) Aussenden fehlerkorrigierter Daten und fehlerkorrigierter Elemente, die keine Daten darstellen, an die nächste, einen Block verarbeitende Schicht.
Die Apparatur beinhaltet zwei Schwellwertvorrichtungen. Eine der Schwellwertvorrichtungen wird benutzt, um zu entscheiden, ob normale Daten (1, 0) vorliegen. Die andere Schwellwertvorrichtung wird benutzt, um zu entscheiden, ob Zeichen vorliegen, die keine Daten darstellen, oder ob eine Codeverletzung (CV = Code Violation) vorliegt. Die Entscheidung, daß keine Daten vorliegen, beinhaltet Codeverletzungen und keine Codeverletzungen ( ). Es wird eine Vergleicherschaltung bereitgestellt, um das Übertragungspaket zu untersuchen, das von der Schwellwertvorrichtung ausgegeben wird. Gestützt auf bestimmte Eigenschaften des Codes sucht der Algorithmus der Vergleicherschaltung nach spezifischen Bitmustern (die weiter unten beschrieben werden). Das gewünschte Bitmuster kann, wenn vorhanden, nur in bestimmten Feldern des ankommenden Pakets festgestellt werden. Wenn das Bitmuster im vorbestimmten Feld gefunden wird, wird das Feld zur Verarbeitung an eine höhere Schicht weitergeleitet. Wenn das Bitmuster, bedingt durch einen Übertragungsfehler, nicht gefunden wird, wird es in die bekannte Position des Feldes geschrieben (Fehlerkorrektur) und das Feld wird an eine höhere Schicht weitergeleitet.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt ein vereinfachtes schematisiertes Breitbandkommunikationsnetzwerk, in dem die vorliegende Erfindung genutzt werden kann.
Fig. 2 zeigt eine graphische Darstellung (Veranschaulichung) des demodulierten Dreipegel-AM/PSK-Signalformats.
Fig. 3 zeigt eine graphische Darstellung des IEEE 802.4 Token Bus Blockformats.
Fig. 4 zeigt ein Zustandsdiagramm eines Demodulators gemäß den Vorgaben der vorliegenden Erfindung.
Fig. 5 zeigt die Fehlerkorrekturschaltung gemäß den Vorgaben der vorliegenden Erfindung.
Fig. 6 zeigt eine Hardwareimplementierung für das Fehlerkorrekturmittel.
Fig. 7 zeigt die graphische Darstellung des Nennsignalpegels und Schwellwertspannungen für binäre und ternäre Signalformate.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt ein Breitbandkommunikationsnetzwerk oder CATV- Kommunikationsnetzwerk, in dem die vorliegende Erfindung eingesetzt werden kann. Breitbandnetzwerke sind primär für die Übertragung von analogen Videosignalen konzipiert, können aber genauso zur Datenübertragung genutzt werden. Das Breitbandnetzwerk umfaßt einen vorwärtsgerichteten Signalpfad (10), einen rückwärtsgerichteten Signalpfad (12) und ein Kopfende (14), das beide Pfade verbindet. Eine Vielzahl von Informationsquellen, bezeichnet mit S&sub1; bis Sn, sind mit dem rückwärtsgerichteten Pfad des Netzwerks verbunden. In gleicher Weise ist eine Vielzahl von Informationsquellen, die als Senke&sub1;- Senken bezeichnet werden, mit den Quellen und dem vorwärtsgerichteten Pfad (10) verbunden. Es ist erwähnenswert, daß ein Breitbandnetzwerk eine sehr große Bandbreite (300-400 MHz) bereitstellt, die unter Benutzung von Frequenzteilungsmultiplexern oder jeder anderen konventionellen Technik unter vielen Anwendern und Applikationen aufgeteilt werden kann.
Um Daten durch ein Breitbandnetzwerk zu übertragen, überträgt die Informationsquelle, die ein Datenterminal oder ein Computer usw. sein kann, Daten auf den rückwärtsgerichteten Pfad (12) zum Kopfende (14). Normalerweise haben die Daten von der Informationsquelle ein digitales Format. Das Kopfende wandelt die Daten um und überträgt die Daten auf dem Vorwärtspfad zurück zu den Informationssenken. Das Breitbandnetzwerk kann die digital formatierten Daten im Basisband nicht direkt handhaben und es ist daher nötig, die digitalen Daten auf dem Basisband in ein Hochfrequenzsignal umzuwandeln, bevor sie auf dem rückwärtsgerichteten Pfad übertragen werden. Das gewählte Hochfrequenzsignal sollte innerhalb des Durchgangsbereichs des rückwärts und des vorwärts gerichteten Pfades liegen. Die Informationssenken demodulieren das eingegangene HF-Signal zurück zu digitalen Daten im Basisband und leiten es an die entsprechenden Datenquellen weiter.
Abhängig von der Netzwerkkonfiguration vermag das Kopfende (14) nicht nur eine Amplitudenänderung, sondern auch eine Frequenzumsetzung (für ein Einzelkabelsystem) und/oder eine Rückwandlung auszuführen, wobei das eingegangene Signal zu einem digitalen Basisbandsignal demoduliert und dann wieder moduliert wird. Durch diese Vorgehensweise wird ein saubereres Signal für die Demodulatoren bereitgestellt und ein zentraler Punkt definiert, dem die hochentwickelten Netzwerkmanagementfunktionen angelagert sind. Die vorliegende Erfindung (die im folgenden beschrieben wird) kann zusammen mit jeder Ausbildung des Kopfendes eingesetzt werden.
Fig. 2 zeigt ein demoduliertes Signal-Augendiagramm eines Dreipegel-AM/PSK-Signalformats. Das ist das Signalformat, das benutzt wird, um Daten auf dem Breitbandnetzwerk von Fig. 1 zu übertragen. Das Augendiagramm beinhaltet spezifische Abtastzeiten, die durch die nach unten zeigenden Pfeile gekennzeichnet werden. Das Diagramm beinhaltet außerdem einen Datenpegel 1, einen Pegel, der Codeverletzungen anzeigt und einen Datenpegel 0. Der Datenpegel 1 und der Datenpegel 0 sind dazu bestimmt, 1- und entsprechend 0-Zustände zu übertragen. Analog wird der Codeverletzungspegel in der Mitte von Zustand 1 und 0 benutzt, um Codeverletzungen zu übertragen. Wie oben angegeben, wird diese Codeverletzung oft als Information aus Zeichen, die keine Daten darstellen, bezeichnet.
Fig. 7A und 7B zeigen zwei graphische Entsprechungen eines binären und eines ternären Signalformats. Bei dem vorgeschlagenen ternären Signalformat (Fig. 7B) hat die Amplitude des Trägersignals drei mögliche Pegel, die als 0, 2 und 4 bezeichnet werden. Der digitale Basisbandsignalumfang hat drei Signalkomponenten: dieses sind Wert 1, Wert 0 oder einfach 1, 0 und keine Daten. Die Symbole für Wert 1 und Wert 0 sind den Trägeramplituden 0 und 4 amplitudenmoduliert überlagert, ausgenommen in einem speziellen Fall, der später besprochen wird. Die Zeichen, die keine Daten darstellen, sind immer auf der Trägeramplitude 2 amplitudenmoduliert. Außerdem treten Zeichen, die keine Daten darstellen, immer paarweise auf, was eine inhärente Eigenschaft der duobinären Signalübertragungsverfahrens ist.
In dem vorgeschlagenen physikalischen Schichtenmodell werden die Zeichen, die keine Daten darstellen, benutzt, um Blockbegrenzer anzuzeigen und um lange Folgen von identischen Datensignalen auf zubrechen, damit die Taktrückgewinnung im Demodulator synchronisiert bleibt. Der Hauptvorteil dieser Technik ist seine Einfachheit und die höhere Übertragungsrate im Vergleich zu anderen Mitteln, welche Zeichen benutzen, die keine Daten darstellen, wie bit stuffing oder die n nach (n+1) Umwandlung. Wie oben aufgezeigt, ist der Hauptnachteil dieser Technik die höhere Empfindlichkeit gegen Rauschen. Ein Vergleich von Fig. 7A und 7B zeigt, daß die Rauschunempfindlichkeit im Vergleich zu einem System, das keine Zeichen verwendet, die keine Daten darstellen, auf die Hälfte oder um etwa 6 dB reduziert ist.
Die Erfindung, die im folgenden beschrieben wird, ermöglicht die Fehlerkorrektur durch Nutzung der folgenden Ausgangsinformation und dem Auftreten von Zeichen in der empfangenen Signalfolge, die keine Daten darstellen.
1. Zeichen, die keine Daten darstellen treten nur selten auf. Sie kommen nur in Startbegrenzern (SDEL) und Endbegrenzern (EDEL) vor, sowie um einen erzwungenen Übergang, der zwei aufeinanderfolgende Oktetts (1 Oktett = 8 Zeichen) desselben Zeichens aufteilt, anzuzeigen. Der SDEL und der EDEL werden im folgenden beschrieben.
2. Zeichen, die keine Daten darstellen, treten immer paarweise auf.
3. Sobald die Oktettsynchronisation durch Erkennung eines SDEL erreicht ist, sind die möglichen Positionen für Zeichen imOktett, die keine Daten darstellen, bekannt.
Fig. 3 zeigt eine graphische Darstellung des vorgeschlagenen Blockformats, das benutzt wird, um Daten auf einem Breitbandnetzwerk zu übertragen. Der Block enthält einen Vorspann, ein SDEL-Feld, ein Informationsfeld und ein EDEL-Feld. Aufeinanderfolgende Blocks werden durch Leerstrukturen getrennt. Wie im vorhergehenden dargestellt, liegen die Zeichen, die keine Daten darstellen, in den SDEL- und/oder EDEL-Feldern. Durch Überwachung der eingehenden Daten zur Erfassung von Codeverletzungen in diesen Feldern kann der Demodulator leicht eine Fehlerkorrektur ausführen, wenn die erwarteten Codeverletzungen nicht in einer empfangenen Meldung enthalten sind.
In Fig. 4 wird ein Zustandsdiagramm des Demodulators gezeigt. Dieses Diagramm erleichtert das Verständnis der zahlreichen Zustände, die der Demodulator durchläuft und des Musters, das er in jedem Zustand sucht. Am Zyklusanfang steht der Modulator im Zustand S&sub0;. Dies ist der Ruhezustand und der Demodulator sucht nach dem Vorspannmuster. Wenn der Vorspann erkannt ist, wechselt der Demodulator in den Initialisierungszustand (S&sub1;). Im Zustand (S&sub1;) sucht der Demodulator nach dem SDEL-Muster. Wenn das SDEL- Muster erkannt wurde, wechselt der Demodulator in den Empfangszustand (S&sub2;). Im Empfangszustand sucht der Modulator nach dem EDEL-Muster. Wenn dieses Muster erkannt wird, ist der Block abgeschlossen und der Demodulator fällt zurück in den Leerlauf zustand.
Fig. 5 zeigt ein Blockdiagramm des Fehlerkorrekturmittels gemäß den Vorgaben der vorliegenden Erfindung. Die Schaltungsanordnung beinhaltet zwei Schwellwertgeber, bezeichnet mit Schwellwertgeber 1 (TH1) und Schwellwertgeber 2 (TH2). Die Schwellwertgeber leiten Daten und Zeichen, die keine Daten darstellen, auf getrennten Leitungen an die Fehlererkennungsund Fehlerkorrekturschaltung (16) weiter. Zwei Signale, gekennzeichnet als Ausgabe fehlerbereinigter Daten und als Ausgabe fehlerbereinigter Zeichen, die keine Daten darstellen, werden an die mittlere Zugriffskontrollschicht (MAC) geleitet. Ein Signal, der rückgewonnene Taktimpuls, wird aus dem empfangenen Block abgeleitet und an die Fehlerkorrekturschaltung (16) geleitet. Wie im vorhergehenden mit Bezug auf Fig. 7A und 7B erwähnt, kann das empfangene Signal (in Fig. 5 als Empfangssignaleingang bezeichnet) den Pegel 0, 2 oder 4 haben. Die Signale mit den Pegeln 4 und 0 sind Datensignale, während das Signal mit dem Pegel 2 für Zeichen steht, die keine Daten darstellen (Code verletzt, Code nicht verletzt).
Der Schwellwertgeber 1 (Fig. 5) beinhaltet den Komparator 18. Die mit Empfangssignaleingang bezeichnete Leitung ist mit dem positiven Eingang des Komparators verbunden und der negative Eingang ist mit der Schwellwertspannung VTH1=2 verbunden. Der Schwellwertgeber 1 trifft die Entscheidung, ob Daten = 0 oder Daten = 1 vorliegen. Der Schwellwertgeber 2 (TH2) verfügt über zwei mit 20 und 22 bezeichnete Komparatoren. Der Ausgang der Schwellwertgeber wird in die Exklusiv-Oder-Schaltung (XOR) 24 eingespeist. Der Ausgang der XOR-Schaltung liefert das Signal, daß Zeichen vorliegen, die keine Daten darstellen, an die Fehlerkorrekturschaltung 16. Der Komparator 20 ist mit seinem negativen Kontakt mit dem Eingang für empfangene Signale verbunden, während der positive Kontakt mit der Schwellwertspannung VTH2=3 verbunden ist. In gleicher Weise ist der Komparator 22 mit seinem positiven Kontakt mit dem Eingang für das empfangene Signal und mit seinem negativen Kontakt mit der Schwellwertspannung VTH3=1 verbunden. Es sei angemerkt, daß die zahlreichen Schwellwerte im Übereinstimmung mit der graphischen Darstellung in Fig. 7B gewählt wurden.
Wie im vorhergehenden dargestellt, ist es die Funktion des Schwellwertgebers 2, eine Unterscheidung zwischen Daten und Zeichen, die keine Daten darstellen, zu treffen. Es sei angemerkt, daß die Fehlerwahrscheinlichkeit beim Schwellwertgeber 1 dieselbe ist wie bei einem binären System, wenn die Signale (0) oder (4) empfangen werden. Die Fehlerwahrscheinlichkeit beim Schwellwertgeber 2 ist wesentlich höher, unabhängig davon, ob das empfangene Zeichen (0), (2) oder (4) ist. Die Fehlerkorrektur erfolgt mittels Mustervergleich und Fenstertechnik zum Aufspüren von Zeichen, die keine Daten darstellen und, falls notwendig, zur Korrektur der Zeichen. Wie in Verbindung mit Fig. 4 dargelegt ist, wird die zum Mustervergleich verwendete Schablone durch den Zustand des Demodulators bestimmt.
Die Fig. 6, 6A, 6B und 6C zeigen eine Ausführung der Fehlerkorrekturschaltung 16. Die Ausführung in Fig. 6, 6A, 6B und 6C schließt andere, gleichwertige Ausführungen in Hardware, Software oder einer Kombination aus beidem nicht aus. Es sei nur gesagt, daß der Fehlerkorrekturalgorithmus (der im folgenden beschrieben wird) die eingehenden Daten überprüft. In Abhängigkeit vom eingegangenen Muster führt der Demodulator an den eingegangenen Daten, die anschließend an die MAC-Schicht weitergeleitet werden, Veränderungen durch oder nicht. Die Hardwareausführung, die in Fig. 6, 6A, 6B und 6C gezeigt wird, benutzt zwei 8-Bit-Schieberegister SR1 und SR2, einen Teiler mit 8 binären Zählern (C1), 8 Flip-Flops (entweder Set/Reset oder vom Typ D F1-F8), 13 UND-Gatter und 7 ODER-Gatter. Die Verbindung zwischen dem genannten Schaltungskomponenten sind in den Abbildungen eindeutig gezeigt. Da jede dieser Baugruppen eindeutig bezeichnet ist und die Verbindung zwischen jeder Baugruppe in der Abbildung klar gezeigt ist, soll der verbleibende Anteil dieser Anmeldung mehr der Funktionsweise dieses Systems gewidmet werden und nicht der Verbindung zwischen den einzelnen Komponenten. Es wird davon ausgegangen, daß durch diese Vorgehensweise der Umfang und die Komplexität dieser Anmeldung minimiert werden kann.
Die Ausgänge der zwei Schwellwertgeber sind mit dem Eingang der Schieberegister verbunden, wie in Fig. 6, 6A, 6B und 6C gezeigt. Im Leerlauf (d. h. wenn keine Datenpakete vom Bus empfangen werden) sind F1, F2 und C1 im zurückgesetzten Zustand. Der Eingang eines Datenimpulses beginnt mit der Identifizierung eines Vorspanns. Ein Vorspann ist ein Muster aus 32 Zeichen mit alternierender 4 und 0, was optimal für eine schnelle Taktrückgewinnung und die automatische Verstärkungsregelung im Demodulator ist. In der vorliegenden Ausführung wird ein Vorspann erkannt, wenn eine 8-Bit Folge von alternierenden 4- und 0-Signalen von dem UND-Gatter 6 empfangen und angezeigt wird. Der Ausgangswert des UND-Gatters 6 wird in F1 zwischengespeichert, welcher im Gegenzug A1 freigibt, so daß empfangene Daten (bezeichnet mit DATA OUT) zur nächsthöheren Ebene übertragen werden (das ist die mittlere Zugriffskontrollschicht MAC). Nachdem der Vorspann identifiziert wurde, beginnt die Fehlerkorrekturschaltung nach einem SDEL zu suchen.
Das Bitmuster für ein SDEL ist (keine Daten keine Daten 0 keine Daten keine Daten 0 0 0). Das SDEL-Bitmuster kann genauso als (CV CV 0 CV CV 0 0 0) dargestellt werden, wobei CV für Codeverletzung steht. In der letzten Darstellung wurde die Keine-Daten-Schreibweise durch die Codeverletzungsschreibweise (CV) ersetzt. Ein SDEL-Bitmuster wird identifiziert, wenn zumindest ein Zeichen aus jedem Paar von Zeichen, die keine Daten darstellen, und alle anderen Datenzeichen korrekt erkannt werden. Die Wahrscheinlichkeit für einen Fehlschlag oder Fehlalarm bei dieser Vorgehensweise ergibt sich wie folgt:
pe(Fehlschlag) 2*p (beide Zeichen in einem Paar aus Zeichen, die keine Daten darstellen, werden nicht aufgespürt)
2*pecv²
pe(Fehlalarm) p (Vorspann als SDEL erkannt)
= p (zwei 1-Zeichen werden als 0 erkannt)
= ped² pe(Fehlschlag)
Dabei steht pecv für die Wahrscheinlichkeit eines Fehlers bei Schwellwertgeber TH2 respektive ped für die Wahrscheinlichkeit eines Fehlers bei Schwellwertgeber TH1.
Wenn als pe (Fehlschlag) der Wert 10&supmin;&sup8; angenommen wird, ergibt sich pecv 10&supmin;&sup4; und die erforderliche SNR ist dann um etwa 4 dB abgeschwächt. Die theoretische BER im Vergleich zur erforderlichen SNR für ein 2-Pegel-AM/PSK-System ist im Anhang angegeben.
Die oben erwähnte Fehlerwahrscheinlichkeit (Fehlschläge und falscher Alarm beim Aufspüren eines SDEL) sollte einen vernachlässigbaren Einfluß auf die Systemdurchsatzleistung haben, da das kürzeste Paket (Kennungspaket) einige hundert Bits umfaßt, und da die Wahrscheinlichkeit, daß in dem Datenfeld mindestens ein Fehler auftritt, größer als 10&supmin;&sup6; ist und somit viel größer als die Fehlerwahrscheinlichkeit beim Aufspüren eines SDEL.
Immer noch mit Bezug auf Fig. 6, 6A, 6B und 6C, wird der SDEL vom UND-Gatter 7 erkannt, das den Zwischenspeicher F2 setzt, der wiederum F3 setzt. Der Ausgang von F3 wird durch das UND-Gatter 2 logisch verknüpft und startet den binären Zähler C1. Der Übertrag von C1 ist nun der Oktett-Takt. Wenn ein SDEL identifiziert wurde, wird das korrekte Zeichen, das keine Daten darstellt, von der Fehlerkorrekturschaltung an die MAC-Schicht übertragen. Dies wird durch Auffinden der korrekten Position des Zeichens in dem SDEL-Oktettfeld erreicht, das keine Daten darstellt, indem der binäre Zählerausgang dekodiert wird (A,B und C mit den UND-Gattern 3, 4 und 5 und dem ODER-Gatter 4). Ein Zeichen, das keine Daten darstellt, wird auf den korrekten Plätzen im Oktett, durch das UND-Gatter 14 und das ODER-Gatter 7 an die MAC-Schicht gesandt. Da das EDEL-Oktett die Zeichen, die keine Daten darstellen, auf den selben Plätzen hat wie der SDEL, wird dieselbe Dekodierungsschaltung zur EDEL-Korrektur benutzt. F4 (Fig. 6C) stellt sicher, daß während eines Signalblocks nur ein SDEL-Muster, das keine Daten enthält, an die MAC-Schicht gesendet wird.
Der EDEL hat ein (keine Daten, keine Daten, 1, keine Daten, keine Daten, 1, 0, X) Bitmuster, wobei X für einen indifferenten Zustand steht. Der EDEL wird mit demselben Algorithmus erkannt, der auch für den SDEL benutzt wird. Ein EDEL wird erkannt, wenn zumindest ein Zeichen, das keine Daten darstellt, aus jedem Paar von Zeichen, die keine Daten darstellen, richtig erkannt wird und wenig Datenzeichen ohne Fehler erkannt werden. Die Wahrscheinlichkeit für Fehlschläge und Fehlalarme ergibt sich wie folgt:
pe(Fehlschlag) 2 * pecv²
pe(Fehlalarm) p (2 Datenbits werden als Zeichen erkannt, die keine Daten darstellen)
pecv²
Es ist zu betonen, daß die Fehlerwahrscheinlichkeit beim Aufspüren eines EDEL etwa der eines SDEL entspricht. Mit Bezug auf die Fig. 6, 6A, 6B und 6C wird ein EDEL durch das UND-Gatter 8 erkannt und in F5 zwischengespeichert, welcher das UND-Gatter 14 freigibt, so daß das richtige Keine-Daten-Muster an die MAC- Schicht gesendet wird. Ein EDEL zeigt das Ende des Signalblocks an. Nachdem ein EDEL an die MAC-Schicht gesendet wurde, wird die Fehlerkorrekturschaltung zurückgesetzt, um den nächsten Vorspann aufzuspüren, und so weiter. Dies erfolgt durch Rücksetzen von F5 nach dem Senden des fehlerkorrigierten EDEL an die MAC-Schicht, welche wiederum F1 rücksetzt, welcher schließlich F2 und C1 rücksetzt.
Wie schon vorher erwähnt, werden Zeichen, die keine Daten darstellen, auch benutzt, um einen vierten Übertragungstyp anzuzeigen, welcher benutzt wird, um eine lange Folge von gleichartigen Datenzeichen aufzuteilen. Wenn zwei aufeinanderfolgende Oktetts keinen Übergang haben, werden die letzten drei Symbole ersetzt durch (Übergang, keine Daten, keine Daten), wobei der Übergang das komplementäre Zeichen angibt. Die Fehlerkorrekturschaltung (Fig. 6, 6A, 6B und 6C) sucht nach Mustern mit 13 gleichen Datenzeichen, gefolgt von einem komplementären Symbol, ausgerichtet an einer Oktettgrenze. Wenn ein solches Muster erkannt wird, wird die Ausgabe von TH2 (Keine-Daten-Schwellwertgeber) (Fig. 5) von der zugehörigen Position (d. h. die letzten zwei Zeichenpositionen) an die MAC- Schicht gesendet. Diese Technik kann charakterisiert werden als bewegliches Fenster, wobei das Fenster nur geöffnet wird, wenn Zeichen, die keine Daten darstellen, im übertragenen Block vermutet werden.
Die Regel, die benutzt wird, um Zeichen aufzuspüren, die keine Daten darstellen, die einer erzwungenen Datenübertragung folgen, fordert, daß in dem Paar beide Zeichen, die keine Daten darstellen, korrekt erkannt werden müssen. Dann beträgt die bedingte Fehlerwahrscheinlichkeit unter der Bedingung eines einzelnen Übergangs nach 13 aufeinanderfolgenden Bitblöcken ohne Übergang:
p(Fehlschlag) = p (zumindest ein Zeichen, das keine Daten darstellt wurde nicht erkannt)
pecv p(Fehlalarm)
= p (zwei Zeichen, die keine Daten darstellen, wurden falsch erkannt)
= pecv²
Die Wahrscheinlichkeit des Auftretens eines solchen Datenmusters ist gering (< 10&supmin;&sup5;), zumal das Verwürfeln oder zufällige Anordnen von Datenzeichen von dem Standard gefordert wird. Daher ist der Einfluß dieser Fehlerwahrscheinlichkeiten zu vernachlässigen.
In Fig. 6, 6A, 6B und 6C werden die UND-Gatter 9 und 10 dazu benutzt, um Oktetts aufzuspüren, die die gleichen oder identische Zeichen beinhalten. Wenn festgestellt wird, daß bei einem Oktett alle Zeichen gleich sind, wird F7 gesetzt und der Zeichentyp wird in F8 zwischengespeichert. Wenn das nächste Oktett das korrekte Muster hat, werden die UND-Gatter 11 und 12 freigegeben, welche im Gegenzug das UND-Gatter 13 während der letzten zwei Zeichenpositionen des zweiten Oktetts freigeben und die entsprechenden Ausgaben, die keine Daten darstellen, werden an die MAC-Schicht gesendet. Die oben durchgeführte Analyse zeigt klar, daß die Fehlerkorrekturmethode der vorliegenden Erfindung eine Oktettfehlerwahrscheinlichkeit liefert, die etwa gleichzusetzen ist mit einem 2-Pegel System, das mit einer Fehlerquote von 10&supmin;&sup8; Bit bei einer 2-dB-Zunahme im Verhältnis Signal zu Störgröße mit fast 6 db arbeitet.
Der Fehlerkorrekturalgorithmus kann gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung, in folgenden Schritten zusammengefaßt werden:
Schritt 1: Überwachung von zusammenhängenden 8 Bits der Ausgabe des Schwellwertgebers 1, Datenschwellwertgeber, Fig. 6, 6A, 6B und 6C, bis ein Vorspann empfangen wird. Ein gültiger Vorspann hat die Folge (4,0,4,0,4,0,4,0).
Schritt 2: Mit dem Aufspüren eines Vorspanns Ausschau halten nach einem Startbegrenzer (SDEL), in dem zusammenhängenden 8-Bit-Blocks der Ausgabe des Schwellwertgebers 1 (Datenschwellwertgeber) und des Schwellwertgebers 2 (Keine-Daten- Schwellwertgeber) gleichzeitig überwacht werden. Ein fehlerfreier Startbegrenzer besteht aus der Sequenz (CV, CV, 0, CV, CV, 0, 0, 0). Ein gültiger SDEL wird erkannt, wenn die Ausgabe des Schwellwertgebers 1 die Sequenz (X, X, 0, X, X, 0, 0, 0) und die Ausgabe des Schwellwertgebers 2 zumindest eine (1) in jedem Paar von CV- Positionen hat, d. h. in der Bitposition (1,0) und (3,4). Es gibt eine Gesamtmenge von neun gültigen Folgen. X gibt einen indifferenten Status an.
Schritt 3: Mit der Identifizierung eines gültigen SDEL wird der Oktett-Taktgeber (C1) gestartet. Der SDEL wird nach Korrektur (falls erforderlich) an die MAC-Schicht gesendet. Von diesem Zeitpunkt an wird nach einem Endbegrenzer (EDEL) und einem Datenmuster gesucht, das keinen Übergang in zwei aufeinanderfolgenden Oktetts hat. Dies geschieht wie folgt:
Um einen EDEL aufzuspüren, werden aufeinanderfolgende Oktetts vom Schwellwertgeber 1 und 2 gleichzeitig überwacht. Derselbe Algorithmus, der beim Aufspüren des SDEL benutzt wurde, wird benutzt, außer daß die gültige Bitfolge vom Schwellwertgeber 1 (X, X, 1, X, X, 1, 0, X) ist. Wenn ein gültiger EDEL aufgespürt wird, wird die MAC-Schicht durch Senden des korrekten EDEL benachrichtigt.
Wenn zwei aufeinanderfolgende Oktetts keinen Übergang in den ersten 13 Bit-Positionen haben, wird bei der vierzehnten Position die Ausgabe des Schwellwertgebers 2 überprüft. Wenn die letzten beiden Bits aus dem Oktett vom Schwellwertgeber 2 gleich (1,1) sind, dann wird von dem vorliegenden Oktett angenommen, daß es keinen Übergang hat und die Ausgabe des Schwellwertgebers 1 wird modifiziert, bevor sie zur MAC-Schicht gesendet wird. Andernfalls wird die Ausgabe vom Schwellwertgeber 1 ohne Änderung gesendet.
Beim Einsatz der obigen Erfindung wird das erforderliche Verhältnis von Signal zu Störgröße deutlich verringert.

Claims

1. Verfahren zum Korrigieren von Fehlern für eine Anwendung bei einem breitbandigen und/oder einem CATV-Netzwerk, das eine duobinäre Dreipegel-AM/PSK-Signalisierungstechnik verwendet, welches die folgenden Schritte umfaßt:

(a) Empfangen elektrischer Signale, die Informationen aus dem Netzwerk repräsentieren,

(b) Erzeugen eines ersten Daten repräsentierenden Bitstroms aus dem Strom elektrischer Signale,

(c) Erzeugen eines zweiten, keine Daten repräsentierenden Bitstroms aus dem Strom elektrischer Signale,

(d) selektives Sammeln einer vorbestimmten Anzahl von Datenbits und von keine Daten repräsentierenden Bits, um ein Feld innerhalb eines rekonstruierten Rahmens zu bilden,

(e) Absuchen des Feldes für eine vorbestimmte Anzahl des Auftretens eines speziellen, keine Daten repräsentierenden Zeichensatzes,

(f) Einfügen von keine Daten repräsentierenden Zeichen, um den Satz zu vervollständigen, falls die Anzahl des Auftretens kleiner ist, als die vorbestimmte Anzahl,

(g) Aussenden fehlerkorrigierter Daten und fehlerkorrigierter, keine Daten repräsentierender Elemente an die nächste einen Rahmen verarbeitende Schicht.

2. Einrichtung zum Einsetzen des Verfahrens nach Anspruch 1, zum Korrigieren von Fehlern in Informationsrahmen, die in einem Nachrichtennetz unter Verwendung der Dreipegel-AM/PSK- Signalisierungstechnik übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgendes aufweist:

(a) Mittel (TH1, TH2) zum Abfangen der Informationsrahmen und die betrieben werden können, um aus ihnen den ersten Bitstrom, welcher den Dateninhalt in den Informationsrahmen repräsentiert und den zweiten Bitstrom zu erzeugen, welcher den keine Daten repräsentierenden Inhalt in dem Informationsrahmen repräsentiert und (b) ein Fehlerkorrekturmittel (16), das betrieben werden kann, um die ersten und zweiten Datenströme zum Erfassen einer vorbestimmten Anzahl des Auftretens eines speziellen Zeichensatzes zu Erfassung und um den Bitinhalt eines speziellen Feldes innerhalb des Informationsrahmens nur dann einzustellen, wenn ein vorbestimmtes Auftreten des Zeichensatzes in speziellen Bitpositionen der ersten und zweiten Bitströme identifiziert ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fehlerkorrekturmittel (16) folgendes aufweist:

Mittel (SR2, AND-Tor 6, F1) zum Analysieren des ersten Bitstromes, um ein erstes vorbestimmte Bitmuster (Präambel) zu erfassen, das ein erstes spezielles Feld innerhalb des Informationsrahmens repräsentiert,

Mitte, (SR1, SR2, AND7, AND2, F2, F3, C1) zum Analysieren der ersten und zweiten Bitströme nach der Identifizierung des ersten vorbestimmten Bitmusters, um ein zweites vorbestimmtes Bitmuster (SDEL) zu identifizieren, das ein zweites spezielles Feld innerhalb des Informationsrahmens repräsentiert,

Mittel (SR1, SR2, AND8, AND14, FS, C1) zum Analysieren der ersten und zweiten Bitströme nach der Übertragung eines Bitmusters für ein Informationsfeld, um ein drittes vorbestimmtes Bitmuster (EDEL) zu identifizieren, das ein drittes spezielles Feld innerhalb des Informationsrahmens repräsentiert,

Mittel (A, B, C mit AND-Toren 3, 4, 5, OR-Tor 4) zum Auffinden der Position eines keine Daten repräsentierenden Symbols in den zweiten und dritten vorbestimmten Bitmusters so, daß diese zwei Paare des speziellen Zeichensatzes enthält, bevor sie an die nächste, einen Rahmen verarbeitende Schicht gesendet werden,

Mittel (SR1, SR2, AND-Tore 9, 10, F7, F8, AND-Tore 11, 12, 13) zum Erfassen von Oktetten mit denselben oder identischen Symbolen in dem Bitmuster für ein Informationsfeld und zum Einstellen des Musters nur dann, wenn ein einzelnes Auftreten des speziellen Zeichensatzes in vorbestimmten Bitpositionen erfaßt wird, bevor er an die nächste Rahmenverarbeitung gesendet wird.