DE4308730C2 - Vorrichtung zur Bestimmung mindestens eines Codefehlermaßes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung mindestens eines Codefehlermaßes mit einem Fehlerimpulsgeber und einem Zeitimpulsgeber.

Redundante Fehlerbestimmung ist an sich bekannt (US 4,255,809). Dabei werden die entdeckten Ereignisse in zugeordneten Zählern gezählt, die ereignismäßig zueinander versetzt sind, und die höchsten Stellen der Zähler werden auf Übereinstimmung bzw. Nichtübereinstimmung miteinander verglichen, worauf eine Fehlererkennung erfolgt.

Um ein Nachrichtenübertragungssystem möglichst durchgehend betriebssicher zu halten, wird unter anderem das Übertragungssignal bei wichtigen Systemen sowohl in den Zwischengeneratoren als auch an den Endstellen laufend auf Fehler im Übertragungscode überprüft (vgl. z. B. DE-37 26 573 C2 oder EP 0 106 985 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 hinreichend bekannt sind (vgl. z. B. DE 35 35 606). Derartige Schaltungsanordnungen können so konstruiert werden, dass sie pro erkanntem Codefehler einen Impuls abgeben. Weil für die nachfolgenden Erläuterungen allein diese Impulse von Bedeutung sind, sollen die zugehörigen Schaltungsanordnungen "Fehlerimpulsgeber" genannt werden.

Unter "Zeitimpulsgeber" wird im Folgenden jeder Impulsgeber 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 Übertragungssysteme.

Als Codefehlermaß kommen insbesondere drei Größen in Frage, 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 Über­ tragungscode 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 Über­ tragung wieder decodiert wird. Die entsprechenden Fehler­ maße, die sich auf das binär codierte Nutzignal 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 Übertra­ gungscode 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 gewüsch­ 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 Mbit/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

• 1. 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 zahlen 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 Erbegnis vorliegen, wenn der Zähler, der die Fehlerimpuse 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 Übertragsimpuls 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 A1 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 A2 in ununterbrochener Reihen­ folge zuerst seinen Höchststand erreicht hat. Das Verwaltungsprogramm 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 Sicherheitzuschlag 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 Stand 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 (lE, 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.