DE4308730A1 - Vorrichtung zur Bestimmung mindestens eines Codefehlermaßes - Google Patents
Vorrichtung zur Bestimmung mindestens eines CodefehlermaßesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung
mindestens eines Codefehlermaßes mit einem Fehlerimpuls
geber und einem Zeitimpulsgeber.
Um ein Nachrichtenübertragungssystem möglichst durchgehend
betriebssicher zu halten, wird unter anderem das Übertra
gungssignal bei wichtigen Systemen sowohl in den Zwischen
generatoren als auch an den Endstellen laufend auf Fehler
im Übertragungscode überprüft (vgl. hierzu z. B. die DE 37
26 573 C2 oder die EP 01 06 985 A2). Aus dieser Tatsache
folgt insbesondere, daß der gewählte Übertragungscode ein
fehlerprüfbarer Code ist und daß Schaltungsanordnungen zur
Prüfung auf Fehler in solchen Codes dem Fachmann hinrei
chend bekannt sind (vgl. hierzu z. B. die DE 3 21 455 oder
die DE 35 35 606). Derartige Schaltungsanordnungen können
so konstruiert werden, daß sie pro erkanntem Codefehler
einen Impuls abgeben. Weil für die nachfolgenden Erläute
rungen allein diese Impulse von Bedeutung sind, sollen die
zugehörigen Schaltungsanordnungen "Fehlerimpulsgeber" ge
nannt werden.
Unter "Zeitimpulsgeber" wird im folgenden jeder Impuls
geber verstanden, bei dem der zeitliche Abstand zwischen
zwei Impulsen bekannt ist, so daß mit ihnen die Länge von
Zeitintervallen gemessen werden kann. Ein Sonderfall eines
solchen Zeitimpulsgebers wäre z. B. ein Taktregenerator in
einem Zwischenregenerator eines der oben erwähnten Über
tragungssysteme.
Als Codefehlermaß kommen insbesondere drei Größen in Fra
gen, nämlich die Codefehlerquote, die Codefehlerrate und
die Codefehlerblockzahl. Unter Codefehlerquote versteht
man die Zahl der verfälschten Codeelemente bezogen auf die
Gesamtzahl der betrachteten Codeelemente. Unter Codefeh
lerrate versteht man die Zahl der verfälschten Codeelemen
te bezogen auf eine Zeit, die mit der Dauer des unter
suchten Signals vergleichbar ist. Unter Codefehlerblock
zahl soll hier die grob quantisierte Form entweder der
Codefehlerquote oder der Codefehlerrate verstanden werden.
Zu beachten ist noch, daß die angebenen Definitionen für
jeden Code gelten und auch sinnvoll sind, sofern die Zahl
der verfälschten Codeelemente bestimmbar ist.
Für den Benutzer eines Übertragungsnetzes sind weniger die
Codefehlermaße von Interesse, die sich auf den Übertragungscode
beziehen, als vielmehr Angaben, die sich auf
den Binärcode beziehen, in dem seine Nachricht ursprüng
lich codiert war und in den seine Nachricht nach der Übertragung
wieder decodiert wird. Die entsprechenden Fehler
maße, die sich auf das binär codierte Nutzsignal beziehen,
sollen Bitfehlerquote, Bitfehlerrate bzw. Fehlerblockzahl
genannt werden. Da Bitfehler im Nutzsignal für den Netzbe
treiber im Allgemeinen nicht erkennbar sind, muß er von
den Fehlermaßen, die sich durch Messung aus dem Übertragungscode
ergeben, auf die entsprechenden Maße im Binärco
de schließen, um seinem Kunden Auskunft über die Fehler in
seinem Signal geben zu können. Beim Schluß z. B. von der
Codefehlerrate (im Übertragungssignal) auf die Bitfehler
rate (im Nutzsignal) werden empirisch ermittelte Zusammen
hänge genutzt. So führt eine kleine Codefehlerrate zu
einer proportionalen Bitfehlerrate, weil jeder Codefehler
im Übertragungssignal einen Bitfehler im Nutzsignal nach
sich zieht. Bei größeren Codefehlerraten treten Abweichun
gen von diesem linearen Zusammenhang auf. Die Abweichungen
hängen außerdem vom verwendeten Übertragungscode ab. In
vielen Fällen hat ein Codefehler im Übertragungssignal
mehrere Bitfehler im Nutzsignal zur Folge. Durch das vor
her empirisch ermittelte Verhältnis von Codefehlerrate zu
Bitfehlerrate kann der Netzbetreiber dann nach Multipli
kation der im Übertragungssignal gemessenen Codefehlerrate
mit einem (von der Codefehlerrate abhängigen) Faktor auf
die Bitfehlerrate schließen und seinem Kunden die gewünsch
te Auskunft erteilen.
Zur Bestimmung eines der oben angegebenen Codefehlermaße
für das Übertragungssignal benötigt man zunächst die An
zahl der gemessenen Codefehler innerhalb einer vorgegebe
nen Meßzeit. Da jedoch die Codefehler statistisch über die
Zeit verteilt sind, müßte bei einer geringer Anzahl von
Fehlern die Meßzeit sehr groß gemacht werden, damit die
aus den Meßdaten gezogenen Schlußfolgerungen mit ausrei
chender statistischer Sicherheit erfolgen können.
Eine Überschlagsrechnung zeigt, daß die Zuordnung eines
Meßergebnisses zu einer Fehlerblockzahl mit einer 1-2-5-
Stufung dieser Zahlen (vgl. hierzu weiter unten) die Be
rücksichtigung von 100 Fehlern erfordert, wenn diese Zu
ordnung mit einer statistischen Sicherheit von mehr als
95% erfolgen soll. Beträgt die Codefehlerquote z. B. 10-8
und die Übertragungsbitrate 2 Nbit/s, so muß die Meßzeit
größer als eine Stunde sein, damit etwa 100 Fehler inner
halb der Meßzeit auftreten.
Auch bei etwas höheren Fehlerraten und etwas geringeren
Anforderungen werden leicht Meßzeiten bis in den Minuten
bereich notwendig, die bei höheren Fehlerraten wiederum
unakzeptabel sind, wenn Folgereaktionen ausgelöst werden
sollen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
anzugeben, mit der Codefehlermaße in wesentlich kürzerer
Zeit mit hoher statistischer Sicherheit bestimmt werden
können.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einer Vorrichtung,
die einen Fehlerimpulsgeber und einen Zeitimpulsgeber
enthält wesentliche Merkmale der Vorrichtung sind
- - ein erstes Register und ein erster Zähler, dessen Stand im Betriebsfall durch die Fehlerimpulse inkre mentiert wird,
- - ein zweites Register und ein zweiter Zähler, dessen Stand im Betriebsfall durch die Zeitimpulse inkre mentiert wird,
- - eine logische Schaltung, die im Betriebsfall auf die Register und die Zähler derart einwirkt, daß der Stand eines jeden Zählers dann in das zugehörige Register eingeschrieben wird und anschließend jeder Zähler dann auf seinen Anfangsstand gesetzt wird, wenn wenigsten einer der beiden Zähler einen vorbe stimmten Höchststand erreicht hat,
- - eine Auswerteschaltung, die im Betriebsfall den In halt der beiden Register übernimmt und daraus Code fehlerquoten, Codefehlerraten oder Codefehlerblock zählen ermittelt.
Bei hohen Codefehlerraten bietet die Erfindung den Vor
teil, daß zur Bestimmung eines Codefehlermaßes nicht so
lange gewartet werden muß, bis die Meßzeit verstrichen
ist. Vielmehr kann schon dann ein zuverlässiges Ergebnis
vorliegen, wenn der Zähler, der die Fehlerimpulse zählt,
seinen vorbestimmtem Höchststand erreicht hat. So sind
schnelle Reaktionen bei z. B. plötzlich ansteigender Code
fehlerrate möglich.
Die Erfindung soll nun anhand der Figur und eines Ausfüh
rungsbeispieles, das in der Figur dargestellt ist, näher
erläutert werden.
In der Figur überträgt ein Fehlerimpulsgeber 1 seine Im
pulse über eine Leitung a1 an den Zähleingang eines ersten
Zählers 1A, im folgenden Fehlerzähler genannt. Die Daten
ausgänge dieses Zählers sind über Mehrfachleitungen c1 mit
den Eingängen eines ersten Registers 1B verbunden. Ent
sprechendes gilt für einen Zeitimpulsgeber 2, eine Leitung
a2, einen zweiten Zähler 2A (Zeitzähler), Mehrfachleitun
gen c2 und für ein zweites Register 2B.
Der Höchststand des Fehlerzählers 1A, der die Fehlerim
pulse zählt, beträgt 128. Erreicht der Fehlerzähler 1A
seinen Höchststand, gibt er über eine Leitung b1 einen
Übertragsimpuls ab, der an einen Eingang eines OR-Gatters
3 geleitet wird. Der Höchststand des Zeitzählers 2A ist
ebenfalls 128. Auch er gibt bei Erreichen seines
Höchststandes einen Überstagsimpuls über eine Leitung b2
ab, die mit einem zweiten Eingang des OR-Gatters 3 ver
bunden ist.
Die Impulse, die der Zeitzähler 2A zählt, sind äquidistant
und haben einen zeitlichen Abstand von 3 ms. Startet der
Zeitzähler 2A bei Null, erreicht er in 384 ms seinen
Höchststand.
Erreicht der Fehlerzähler 1A vor dem Zeitzähler 2A seinen
Höchststand, dann sind 128 Fehlerimpulse bzw. Fehler regi
striert worden. Der Übertragsimpuls des Fehlerzählers 1A
führt zu einem Impuls am Ausgang des OR-Gatters 3, der
wiederum über Steuerleitungen a3 an die Enable-Eingänge
der Register 1B und 2B und an die Reset-Eingänge der Zäh
ler 1A und 2A geführt wird. Er bewirkt einerseits die
Übernahme der Zählerstände in die zugeordneten Register 1B
und 2B und das Rücksetzen der Zähler 1A und 2B auf Null.
Außerdem erfährt eine Auswerteschaltung 4 (Mikrorechner)
über einen Interrupt-Eingang, daß neue Werte in den Regi
stern 1B und 2B stehen und zur Verarbeitung über Leitungen
d1 und d2 abgerufen werden sollen.
Die gleichen Reaktionen werden ausgelöst, wenn der Zeit
zähler 2A früher als der Fehlerzähler 1A oder gleichzeitig
mit ihm seinen Höchststand erreicht.
Im ersten Falle bestimmt die Auswerteschaltung 4 den Quo
tienten aus dem Stand Z1 des Fehlerzählers 1A (mit Z1 =
128) und dem Produkt K×Z2. Dabei ist Z2 der Stand des
Zeitzählers 2A, der in das Register 2B übernommen wurde,
und K ein von Z1 und Z2 abhängiger Faktor. Der Quotient
ist - bei geeignet bestimmtem K - ein Schätzwert für die
Bitfehlerquote mit großer statistischer Sicherheit, wie
oben schon angedeutet worden ist. Der Faktor K ist selbst
wieder ein Produkt aus dem Abstand zwischen zwei Zeitim
pulsen (im vorliegenden Beispiel 3 ms), der Bitrate des
(decodierten) Binärsignales und einer Größe, die das em
pirisch bestimmte Verhältnis zwischen der Codefehlerrate
im Übertragungssignal und der Bitfehlerrate im decodierten
Binärsignal wiedergibt.
Jedesmal wenn der Zeitzähler A2 zuerst seinen Höchststand
erreicht, wird der Inhalt des Registers 1B - also ein
abgespeicherter Zählerstand Z1 des Fehlerzählers 1A - in
einen Ringspeicher des Mikroprozessors 4 eingeschrieben,
dessen Länge von einem Verwaltungsprogramm gesteuert wird.
An der aktuellen Länge L des Ringspeichers - also an der
Anzahl seiner Speicherstellen - ist erkennbar, wie oft
mindestens der Zeitzähler 2A in ununterbrochener Reihen
folge zuerst seinen Höchststand erreicht hat. Das Verwal
tungsprogramm summiert die Inhalte der Speicherstellen des
Ringspeichers auf (Fehlersumme) und erweitert ihn bei
jeder neuen Übernahme eines Zählerstandes Z1 um eine Spei
cherstelle, bis die Fehlersumme erstmalig 128 übersteigt
oder eine Maximalzahl an Speicherstellen erreicht ist. Im
Beispiel ist diese Maximalzahl 1023. Ist die Maximalzahl
von 1023 erreicht, werden die jeweils ältesten Inhalte
überschrieben. Ist die Fehlersumme größer als 128, werden
die Speicherstellen mit dem jeweils ältesten Inhalt fort
laufend gestrichen, der Ringspeicher also solange ver
kürzt, bis die Fehlersumme beim Streichen eines weiteren
Speicherplatzes erstmalig kleiner als 128 wäre. Dieser
Speicherplatz wird dann aber nicht mehr gestrichen.
Ein Rechenprogramm bestimmt nun die gewünschten Bitfehler
quoten nach jedem Meßintervall. Diese Bestimmung erfolgt
so, daß die dabei angegebene Fehlerquote bei zu kurzer
Meßzeit größer als die aktuelle Fehlerquote ist.
Solange die Länge L des Ringspeichers kleiner als 64 ist,
wird die Fehlersumme vom Rechenprogramm durch die Anzahl
der Speicherstellen des Ringspeichers geteilt. Der Quo
tient ist bis auf den Faktor K und einen Sicherheits
zuschlag das gewünschte Ergebnis. Der Sicherheitszuschlag
wird aus den oben angegebenen Gründen hinzuaddiert. Ist
die aktuelle Länge L des Ringspeichers größer als 64, ist
das gewünschte Ergebnis bis auf den Faktor K der Quotient
128/L. Ist bei der aktuellen Länge L die gemessene Fehler
summe kleiner als 128, also die gesamte Meßzeit noch zu
kurz, so gibt das Rechenprogramm eine Bitfehlerquote an,
die gegenüber dem Meßwert zu groß ist. Die ermittelte
Bitfehlerquote nähert sich aber der tatsächlichen mit
zunehmender Meßzeit asymptotisch an.
Die erhaltenen Bitfehlerquoten werden in beiden Fällen mit
den Entscheidungswerten einer Quantisierungskennlinie
verglichen, die in einer Tabelle abgelegt sind. Einer
Bitfehlerquote wird eine bestimmte Fehlerblockzahl zuge
ordnet, wenn sie innerhalb eines vorgegebenen Intervalles
liegt, das auch die Fehlerblockzahl enthält. Die Grenzen
der Intervalle um die Fehlerblockzahlen sind die erwähnten
Entscheidungswerte. Als Fehlerblockzahlen sind die Zahlen
1*10-8, 2*10-8, 5*-10-8, 1*10-7, 2*10-7, 5*10-7, . . . . 1*10-3
gebräuchlich. In die Tabelle läßt sich auch eine Hysterese
einarbeiten, indem bei der Zuordnung einer neuen Fehler
blockzahl die vorherige Fehlerblockzahl mit berücksichtigt
wird.
Claims (3)
1. Vorrichtung zur Bestimmung mindestens eines Codefehler
maßes mit einem Fehlerimpulsgeber (1) und einem Zeitim
pulsgeber (2),
gekennzeichnet durch:
- - ein erstes Register (1B) und einen ersten Zähler (1A), dessen Stand im Betriebsfall durch die Fehler impulse (a1) inkrementiert wird
- - ein zweites Register (2B) und einen zweiten Zähler (2A), dessen Strand im Betriebsfall durch die Zeit impulse (a2) inkrementiert wird
- - eine logische Schaltung (3), die im Betriebsfall auf die Register (1B, 2B) und die Zähler (1A, 2A) derart einwirkt, daß der Stand eines jeden Zählers (1A, 2A) dann in das zugehörige Register eingeschrieben wird und anschließend jeder Zähler (1A, 2A) dann auf sei nen Anfangsstand gesetzt wird, wenn wenigsten einer der beiden Zähler (1A, 2A) einen vorbestimmten Höchststand erreicht hat
- - eine Auswerteschaltung (4), die im Betriebsfall den Inhalt der beiden Register (1B, 2B) übernimmt und daraus Codefehlerquoten, Codefehlerraten oder Code fehlerblockzahlen ermittelt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Auswerteschaltung (4) einen Ringspeicher enthält,
- - in den die Inhalte des ersten Registers (1B) im Betriebsfall eingeschrieben werden, wenn der zweite Zähler (2A) seinen Höchststand vor dem ersten (1A) erreicht, und - dessen Länge in Abhängigkeit von der in ihm gespeicherten Zahlen verändert wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Funktion der Impulsgeber (1, 2), der Zähler (1A,
2A), der Logikschaltung (3), der Register (1B, 2B) oder
der Auswerteschaltung (4) teilweise oder ganz durch Pro
gramme eines programmierbaren Rechners übernommen
wird.
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