DE4121480C1

DE4121480C1 -

Info

Publication number: DE4121480C1
Application number: DE4121480A
Authority: DE
Inventors: Hans Werner Dipl.-Ing. Arweiler; Andreas Dr.-Ing. 1000 Berlin De Wolf
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 1991-06-26
Filing date: 1991-06-26
Publication date: 1993-02-25
Anticipated expiration: 2011-06-27
Also published as: AU1686592A; WO1993000759A1

Description

Bei heutigen modernen Übertragungssystemen, beispielsweise dem ISDN (Integrated Services Digital Network)-System oder dem Breitband-ISDN (B-ISDN)-System besteht die Forderung, zur Übertragung von Datenströmen eingerichtete Übertragungsstrecken hinsichtlich ihrer Übertragungseigenschaften zu untersuchen. Äußere, auf die Übertragungsstrecke einwirkende Störeinflüsse verursachen Bitfehler, die zu Verfälschungen des ursprünglich ausgesendeten digitalen Datenstroms und damit zur Störung der Informationsübermittlung führen. Die Anzahl derartiger Bitfehler in einem Datenstrom - bezogen auf eine bestimmte Anzahl von Datenbits des Datenstroms - wird als Bitfehlerrate bezeichnet und ist ein wichtiges Maß zur Bestimmung der Übertragungsqualität einer Übertragungsstrecke.

Bei einem aus der EP-A 00 94 902 bekannten Verfahren zum Untersuchen einer aus mehreren Streckenabschnitten bestehenden Übertragungsstrecke wird diese eingangsseitig mit einem Testsignal beaufschlagt. Aus einem Vergleich des Übertragungsstreckenausgangsseitig empfangenen Testsignals mit dem gesendeten Testsignal läßt sich aufgrund streckenabschnittspezifischer Bitfehlervervielfachungen auf den Ort einer datenverfälschenden Störung schließen. Eine einfache Ermittlung der Anzahl der aufgetretenen Bitfehler sieht das bekannte Verfahren nicht vor.

Aus der DE-Bl 30 04 767 ist es im Zusammenhang mit einer Überwachung eines Zwischenregenerators in einer Übertragungsstrecke für sich bekannt, die Anzahl festgestellter Fehler für einen bestimmten Zeitraum zu addieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zum Ermitteln der Anzahl von Bitfehlern in einem Datenstrom zu schaffen, das signifikante und leichtauswertbare Ergebnisse liefert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Ermitteln der Anzahl von Bitfehlern, die einen von einer Datenquelle kommenden, über mindestens eine Übertragungsstrecke zu einem Datenempfänger gelangenden Datenstrom verfälschen, bei dem Testdaten in den Datenstrom datenquellenseitig eingefügt werden, bei dem aus den empfangenen Testdaten eine Bitfehlerfunktion gewonnen wird und bei dem die Bitfehlerfunktion zur Bestimmung der Bitfehleranzahl durch Multiplikation mit einer Analysefunktion und anschließender zeitlicher Integration ausgewertet wird.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die bei einer Untersuchung einer Übertragungsstrecke gespeicherten empfangenen Daten auch die Testdaten enthalten, die so in einfacher Weise zur Bildung der Bitfehlerfunktion herangezogen werden können. Aus diesen kann mit verhältnismäßig einfachen Auswertungsprozessen (Multiplikation und zeitliche Integration) durch ggf. stückweise Auswertung ein eindeutiges, signifikantes Maß für die Bitfehleranzahl ermittelt werden.

Eine hinsichtlich der Eindeutigkeit und des rechnungstechnischen Aufwandes zur Ermittlung der Bitfehleranzahl vorteilhafte Fortbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Bitfehlerfunktion (e(n) zur Bildung einer unipolaren, binären Funktion einer zweiwertigen Amplitudenquantisierung unterzogen wird, daß diese Funktion autokorreliert wird und daß die Bitfehleranzahl aus der Höhe des Hauptmaximums der so gebildeten Autokorrelationsfunktion bestimmt wird. Die Autokorrelationsfunktion ist besonders gut zur Auswertung der Bitfehlerfunktion geeignet, da sie ein Maß für die (lineare) statistische Abhängigkeit zweier Momentanwerte einer unipolaren, binären reellen Zufallsfunktion, nämlich der Bitfehlerfunktion, im zeitlichen Abstand - ggf. normiert auf die ausgewertete Intervallänge N - ist. Es gilt allgemein:

Das Maximum der Autokorrelationsfunktion AKF(m) bei M=0 ergibt

und ist damit grundsätzlich ein Maß für die (mittlere Gesamt)- Leistung der autokorrelierten Funktion. Wird die Bitfehlerfunktion vorzugsweise als unipolare, binäre Funktion gewählt, so ist die Autokorrelationsfunktion AKF(m=0) proportional zur Bitfehleranzahl. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Fortbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß die Bitfehlerfunktion einer Fouriertransformation unterzogen wird und daß die Bitfehleranzahl aus dem Ergebnis der Fouriertransformation gewonnen wird.

Der durch das allgemeine Fourierintegral

gegebene und als Fouriertransformierte bezeichnete Zusammenhang läßt sich vorteilhaft zur Bestimmung der Bitfehleranzahl auswerten, indem

ausgewertet wird. Das Ergebnis dieser Auswertung weist vorteilhafterweise einen linearen Bezug zur Bitfehleranzahl auf.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Bitfehlerfunktion vor ihrer Auswertung zur Bildung einer klassifizierten Bitfehlerfunktion in Klassen mit vorgegebener Klassenlänge unterteilt wird. Die klassifizierte Bitfehlerfunktion wird z. B. durch Summation der während der Klassenlänge (vorgegebene Bitzahl) erkannten Bitfehler und Bereithalten des Summationsergebnisses bis zu Beginn der nächsten Klasse gewonnen. Dadurch wird die zu verarbeitende Datenmenge gegenüber der Bitfehlerfunktion wesentlich reduziert und damit die Anforderungen an die Geschwindigkeit der folgenden Auswertungsprozesse vermindert. Vorzugsweise wird die klassifizierte Bitfehlerfunktion einer zweiwertigen Amplitudenquantifizierung unterzogen, wenn eine anschließende Auswertung durch Autokorrelation vorgesehen wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Übertragungssystem mit einer zu untersuchenden Übertragungsstrecke,

Fig. 2 eine Auswertung empfangener Testdaten zur Gewinnung einer Bitfehlerfunktion bzw. einer klassifizierten Bitfehlerfunktion,

Fig. 3 den grundsätzlichen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 4 eine graphische Darstellung zur Auswertung der Bitfehlerfunktion mit Hilfe einer Autokorrelation.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Übertragungssystem mit einer Datenquelle 1, einer Übertragungsstrecke 2 und einem Datenempfänger 3. Die Datenquelle 1 fügt in einen über die Übertragungsstrecke 2 zu übermittelnden seriellen Datenstrom 4 Testdaten 5 ein, die in dem Datenempfänger 3 aus dem Datenstrom 4 als empfangene Testdaten 6 herausgefiltert und zur Ermittlung einer Bitfehlerfunktion ausgewertet werden. Dabei können die Testdaten 5 vorzugsweise in einen zwischen der Datenquelle 1 und dem Datenempfänger 3 übermittelten Nutzdatenstrom in leere Nutzdatenstromabschnitte eingefügt werden, wodurch das Übertragungssystem auch während der Untersuchung im Normalbetrieb weiterarbeiten kann.

Fig. 2 zeigt in der ersten Zeile schematisch die Auswertung der empfangenen Testdaten 6, wobei der Datenstrom eine Zellenstruktur mit Zellenköpfen 10 und Zellennutzfeldern 11 aufweist. In den empfangenen Testdaten 6 sind einzelne Bitfehler 12 enthalten, die durch Vergleich der gesendeten Testdaten 5 mit den empfangenen Testdaten 6 (Fig. 1) ermittelt werden. Aus diesem Vergleich wird eine Bitfehlerfunktion e(n) ermittelt, indem jedem fehlerhaft übertragenen Bit der Wert (1) und jedem korrekt übertragenen Bit der Testdaten der Wert (0) zugeordnet wird. Die sich daraus ergebende unipolare, binäre Bitfehlerfunktion e(n) ist in der zweiten Zeile der Fig. 2 dargestellt. Die dritte und vierte Zeile der Fig. 2 zeigen eine klassenweise Zusammenfassung von Bitfehlern, die während einer Klassenlänge KL aufgetreten sind. Aus diesen wird durch Summation und Bereithaltung des Summationsergebnisses während einer Klassenlänge KL eine klassifizierte Bitfehlerfunktion err(n) gewonnen.

Fig. 3 zeigt den grundsätzlichen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem die Testdaten in das zu untersuchende System (Übertragungsstrecke 2) eingefügt werden und bei dem aus den empfangenen Testdaten 6 (Fig. 1) die Bitfehlerfunktion e(n) oder die klassifizierte Bitfehlerfunktion err(n) ermittelt wird; die Bitfehlerfunktion e(n) wird einer Autokorrelation unterzogen, wobei zumindest die Autokorrelationsfunktion AKF(m=0) gebildet wird. Dies entspricht einer Multiplikation mit sich selbst und einer anschließenden zeitlichen Integration ohne relative Verschiebung der Bitfehlerfunktion e(n).

Auf diese Weise ist das Hauptmaximum M der Autokorrelationsfunktion AKF(m) bestimmt, deren Gesamtverlauf über m in der Fig. 4 dargestellt ist. Die Höhe des Hauptmaximum s M stellt einen proportionalen Wert für die in dem ausgewerteten Teilstück der Bitfehlerfunktion e(n) aufgetretenen Bitfehler und damit für die Bitfehlerrate dar; bei der Quadrierung des Wertes 1 der unipolaren, binären Bitfehlerfunktion e(n) ergibt sich der Wert 1, so daß die bei der Autokorrelation durchgeführte Quadrierung ohne Einfluß auf das Integrationsergebnis bleibt.

Bei einer anders bewerteten (z. B. bipolaren) Bitfehlerfunktion tritt die mit der Autokorrelation bei m=0 implizierte Quadrierung der Bitfehlerfunktion auch im Autokorrelationsergebnis zutage; dies ist dann ein relatives Maß für die Bitfehleranzahl. Ein eindeutiges Ergebnis liefert die Fouriertransformierte für die Bitfehlerfunktion an der Stelle w=0. Bei der Fouriertransformierten tritt der Effekt einer Quadrierung der Bitfehlerfunktion nicht auf, so daß diese bei entsprechend bewerteten Bitfehlerfunktionen hinsichtlich ihrer Auswertung vorteilhaft ist.

Claims

1. Verfahren zum Ermitteln der Anzahl von Bitfehlern (12), die einen von einer Datenquelle (1) kommenden, über mindestens eine Übertragungsstrecke (2) zu einem Datenempfänger (3) gelangenden Datenstrom (4) verfälschen, bei dem Testdaten (5) in den Datenstrom (4) datenquellenseitig eingefügt werden, bei dem aus den empfangenen Testdaten (6) eine Bitfehlerfunktion (e(n)) gewonnen wird und bei dem die Bitfehlerfunktion (e(n)) zur Bestimmung der Bitfehleranzahl durch Multiplikatioin mit einer Analysefunktion und anschließender zeitlicher Integration ausgewertet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bitfehlerfunktion (e(n)) zur Bildung einer unipolaren binären Funktion einer zweiwertigen Amplitudenquantisierung unterzogen wird, daß diese Funktion autokorreliert wird und daß die Bitfehleranzahl aus der Höhe des Hauptmaximums (M) der so gebildeten Autokorrelationsfunktion (AKF(m)) bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bitfehlerfunktion (e(n)) einer Fouriertransformation unterzogen wird und daß die Bitfehleranzahl aus dem Ergebnis der Fouriertransformation gewonnen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bitfehlerfunktion (e(n)) vor ihrer Auswertung zur Bildung einer klassifizierten Bitfehlerfunktion (err(n)) in Klassen mit vorgegebener Klassenlänge (KL) unterteilt wird.