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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Faltungskodierung und zur Paketübertragung eines seriellen
Flusses von Digitaldaten, das entsprechende Dekodierungsverfahren
und die entsprechende Dekodierungsvorrichtung.
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Das die Übertragung digitaler Daten
betreffende Gebiet, insbesondere über Mikrowellen oder Satelliten
hat im letzten Jahrzehnt an Wichtigkeit zugenommen.
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Eine wesentliche Einschränkung bei
der Übertragung
dieser Daten ist das Beibehalten der Integrität dieser Daten und endlich
die Unberührbarkeit der
von ihnen transportierten Information. In der Tat wird die übertragene
Nachricht im Falle physikalischer Störungen, insbesondere funkelektrischer
Störungen
beeinträchtigt
und kann unverwertbar werden.
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Um sich gegenüber solchen Gefahren zu schützen, benutzen
zahlreiche Anwendungen zur Ausführung
der Übertragungsverfahren
digitaler Daten, der Audio-, und/oder Video-Übertragung durch terrestrische
oder Satellitenfernübertragung,
Kodierungsverfahren der übertragenen
Daten und insbesondere Faltungskodierungsverfahren.
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Die Faltungskodierungsverfahren stellen eine
Klasse von leistungsfähigen
Fehlerkorrekturkodierungsverfahren dar, die auf Seriendatenübertragungsprozeduren
in einem von einem Gaußrauschen
gestörten Übertragungskanal
angewendet werden können,
wie z. B. eine Funkverbindung zwischen einer Boden- und einer Satellitenstation.
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Man benutzt allgemein, um eine Nachricht mit
einem Code vom Typ Faltung zu kodieren, nicht nur die laufenden
Daten, die im Augenblick t am Eingang des Kodierers vorliegen, die laufenden
Bits mit dem Rang K, sondern auch die n Daten bzw. Bits mit einem
vorangehenden Rang. Es wird also ein Gedächtniseffekt mit der Reihenfolge
n eingeführt,
um diese Daten zu kodieren. Unter Bezugnahme auf ein solches Prinzip,
wird so klar, dass jede übertragene Nachricht
den vorhergehenden Inhalt der Nachricht berücksichtigt. Der vorhergehende
Inhalt zum Zeitpunkt t wird in einem Speicher gespeichert, der bei
jedem laufenden Bit re-aktualisiert wird. Die Größe dieses Speichers wird durch
die Länge
des vorhergehenden Inhalts definiert, die Zwangslänge des
benutzten Codes genannt wird (oder "Kodierungstiefe", siehe weiter unten) und wird mit K
bezeichnet wobei k = n – 1
ist.
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Unter Bezugnahme auf die 1, die sich auf eine aus
dem Stand der Technik bekannte Faltungskodierungsvorrichtung bezieht,
erlaubt ein z. B. aus einem, mit Elementarzellen, die n aufeinanderfolgende
Bits, vom vorhergehenden Bit bis zum laufenden Bit (D – 1) und
dann bis zum Bit (D – n)
vom Rang D – n,
speichern können,
ausgerüstetes
Verschiebungsregister gebildeter Speicher eine logische Verarbeitung
mit Hilfe eines logischen Operators vom Typ exklusives ODER z. B.
des laufenden Bits (D) durch mehrere vorhergehende Bits mit bestimmtem Rang. Üblicherweise,
und um den Schutz gegen Fehler zu verstärken, ist es nützlich,
zwei oder mehr kodierte Werte a(D) und b(D) zu erzeugen, die durch zwei
Zwänge
miteinander korreliert sind. Jeder zugeordnete kodierte Wert a(D);
b(D) stellt also ein Symbol S(D) = {a(D); b(D)} dar, der für den laufenden Wert
i (D) repräsentativ
ist. In dem in der 1 nicht begrenzenden
gebenden Beispiel ist die Kodierungstiefe K = 7. Die aufeinanderfolgenden
kodierten Werte a(D) und b(D) werden durch solche Beziehungen wiedergegeben: a(D) = i(D)g1(D) mit
g1 = 171 oct
b(D)
= i(D)g2(D) mit g2 =
133 octwobei die Bezeichnung oct die oktale Schreibweise bezeichnet.
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So können die Faltungskodierungsverfahren und
die entsprechenden Fehlerkorrekturcodes mit Hilfe von Schaltungen
mit einfacher Struktur ausgeführt
werden.
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Die Dekodierungsverfahren solcher
Codes und folglicherweise die Korrektur von Übertragungsfehlern erfordern
hingegen die Ausführung
viel komplexerer Funktionen.
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Insbesondere kann für den Fall
einer Faltungskodierung die optimale Dekodierung eines so erhaltenen
Codes mit Hilfe der Ausführung
eines Dekodierungsverfahrens nach dem VITERBI – Algorithmus ausgeführt werden.
Das Prinzip des vorgenannten Algorithmus basiert auf der Tatsache,
dass der Kodierer in der Tat einer Zustands – bzw. automatischen Maschine
mit einer einfachen Struktur oder zumindestens eine begrenzte Anzahl
von Zuständen aufweist,
entspricht.
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Nach dem vorgenannten Prinzip sucht
der Empfänger – Dekodierer
zur Bestimmung der gesendeten Sequenz zu jedem Augenblick des Zustands des
Dekodierers beim Empfangen jeden neuen Wertes, d. h. des laufenden
Bits mit aufeinanderfolgendem Rang, eine Abschätzung.
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Ein universelles Verfahren zur Dekodierung eines
solchen Codes besteht also darin, die empfangene Sequenz zum laufenden
Augenblick mit allen möglichen
Sequenzen die ausgesendet werden können, zu vergleichen und unter
diesen die auszusuchen, die ein höchstes Maß an Wahrscheinlichkeit aufweist.
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Um das zu machen, wird also die a
priori wahrscheinlichste kodierte Sequenz bestimmt indem die kleinste
Wertabweichung zwischen den empfangenen und den möglichen
kodierten Sequenzen bestimmt wird, wobei der Begriff Abweichung
nach dem Begriff der Hamming-Distanz definiert wird.
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Ein Raster-Diagramm erlaubt eine
Visualisierung der Entwicklungen, die von der Zeit, dem Zustand
des Kodierers, für
den Biteingangsdatenwert mit Rang k, wobei jeder Raster-Knoten einen möglichen
Zustand des Kodierers und des kodierten Wertes darstellt. Für jeden
neuen empfangenen Wert wird also die Hamming-Distanz in jedem Raster-Punkt
berechnet. Diese Distanz wird zu diesem in diesem selben Punkt bei
der Abschätzung
für den vorgehenden
Wert berechneten Wert hinzugefügt. Die
wahrscheinlichste Sequenz zu bestimmen, besteht also darin, in dem
Raster-Diagramm zurückzuschreiten
indem die dekodierten Werte gesucht werden, die global der kleinsten
akkumulierten Hamming-Distanz entsprechen.
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Für
eine vollständigere
Beschreibung des VITERBI-Algorithmus sei nützlicher Weise auf den Artikel "The Viterbi Algorithme" verwiesen, der von
G. DAVID FORNEY, Jr., Proceedings of the IEEE Vol. 61, n°3 März 1973,
Seiten 266 bis 278.
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Der Suchprozess der dekodierten Werte
die global der kleinsten Hamming-Distanz durch Aufsteigen um einen
Daten- und Sequenzwert
zum nächsten
Daten- und Sequenzwert im Diagramm entspricht, erfordert notwendigerweise
ein Verfahren zum sehr kontinuierlichen Kodieren und durch einen Kodierungsfolgesatz.
Mit anderen Worten, wenn man die Dekodierung einer mit Hilfe einer
Faltungskodierung erzeugten Sequenz vornehmen will, ist es auf keinen
Fall möglich,
die Kodierung bzw. Dekodierung zu unterbrechen und dann wieder aufzunehmen. Eine
solche Unterbrechung erzeugt Diskontinuitäten im Raster – Diagramm
und hätte
also auf Grund einer solchen Diskontinuität zur Folge jede Chance zu
zerstören,
den Weg wiederzufinden für
den die Hamming-Distanz minimal und wo folglich die wahrscheinlichste
Sequenz zu finden ist.
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Durch das Dokument GB 2253974 ist
ein Dekodierer bekannt, der in der Lage ist, eine VITERBI-Dekodierung
kontinuierlich durchzuführen.
Trotzdem ist dieser Dekodierer nicht in der Lage, Signale aus verschiedenen
Kodierern zu verarbeiten.
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Die vorliegende Erfindung hat als
Gegenstand die Nachteile der Kodierungs-/Dekodierungsverfahren aus
dem Stand der Technik durch die Ausführung eines Verfahrens zur
Faltungskodierung und zur Paketübertragung
eines seriellen Flusses digitaler Daten und eines Verfahrens zur
Dekodierung eines seriellen Flusses digitaler, durch Faltungskodierung
kodierter und nach diesem Verfahren übertragener Daten, unter Abwesenheit
jeder Zerstörung
der dem Dekodierungsverfahren mit Hilfe eines VITERBI-Algorithmus
innewohnenden Korrekturkraft, wobei dieser Algorithmus für die Dekodierung
des kontinuierlichen Flusses kodierter Daten durch eine Faltungskodierung
reserviert ist.
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Ein anderer Gegenstand der vorliegenden Erfindung
ist schließlich
die Ausführung
eines Verfahrens zur Faltungskodierung und zur Paketübertragung
eines seriellen Flusses digitaler von verschiedenen Kodierern herrührenden
Daten, wobei diese Daten a priori nicht korreliert sind und eines
Verfahrens zur entsprechenden Dekodierung, was es erlaubt, die dem
Faltungskodierungsverfahren und dem Dekodierungsverfahren mit Hilfe
eines VITERBI-Algorithmus innewohnenden Korrekturkraft zu bewahren,
wobei dieser Algorithmus für
die Dekodierung des kontinuierlichen Flusses kodierter Daten durch
eine Faltungskodierung reserviert ist.
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Ein anderer Gegenstand der vorliegenden Erfindung
ist eine Vorrichtung zum Dekodieren eines seriellen Flusses digitaler
Daten, die durch Faltungskodierung kodiert worden sind und durch
Pakete, entsprechend dem Dekodierungsverfahren der vorliegenden
Erfindung übertragen
werden.
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Das Verfahren zur Faltungskodierung
und zur Paketübertragung
eines seriellen Flusses digitaler Daten ist im Sinne der Erfindung
gemäß dem nachfolgenden
Anspruch 1 zu verstehen.
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Das Verfahren zur Dekodierung, Gegenstand
der vorliegenden Erfindung, eines seriellen Flusses digitaler und
durch Pakete nach dem erfindungsgemäßen Kodierungsverfahren übertragener Daten
ist im nachfolgenden Anspruch 2 definiert.
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Die Vorrichtung zum Dekodieren eines
seriellen Flusses digitaler Daten, die durch Faltungskodierung kodiert
worden sind und durch Pakete übertragen
werden, Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ist im nachfolgenden
Anspruch 7 definiert.
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Das Verfahren zum Kodieren und das
Verfahren und die Vorrichtung zum Dekodieren werden verständlicher
beim Lesen der Beschreibung und dem Betrachten der nachfolgenden
Zeichnungen bei denen, außer
der sich auf den Stand der Technik beziehenden 1:
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Die 2a ein
allgemeines Organigramm des Verfahrens zur Faltungskodierung und
der Paketübertragung
eines kontinuierlichen Flusses digitaler Daten entsprechend dem
Gegenstand der vorliegenden Erfindung darstellt;
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Die 2b in
einer nicht begrenzenden Ausführungsform
die Struktur der kodierten Symbolpakete darstellt, die dank der
Ausführung
des Kodierungsverfahrens, wie es auf der 2a dargestellt ist, überträgt;
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Die 3a ein
allgemeines Organigramm des Verfahrens zur Dekodierung kodierter
und verfahrensgemäß übertragener
Symbole darstellt, entsprechend dem Gegenstand der vorliegenden,
auf der 2a dargestellten
Erfindung;
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Die 3b illustrativ
einen Schritt zur Erzeugung eines logischen Umhüllungssignals darstellt, der
die Ausführung
des auf der 3a dargestellten Dekodierungsverfahrens
ermöglicht;
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Die 3c ein
Raster – Diagramm
darstellt, das sich auf ein VITERBI – Dekodierungsverfahren bezieht,
das auf durch Faltungskodierung kodierte digitale Daten angewendet
wird die entsprechend dem Gegenstand der Erfindung durch Pakete übertragen werden;
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Die 4a in
Form eines Übersichtsschemas
eine dem Gegenstand der vorliegenden Erfindung entsprechende Vorrichtung
darstellt;
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Die 4b bis 4e verschiedene besondere Ausführungsformen
eines Moduls zur Verarbeitung logischer kodierter Symbole und des
logischen Umhüllungssignals
in Abhängigkeit
vom Ruhewert darstellen, die dem Kodieren bzw. dem Dekodieren auferlegt
werden, und in Abhängigkeit
vom logischen Wert des Umhüllungssignals
im aktiven Zustand;
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Die 5 ein
nur als Beispiel gegebenes Schema eines Moduls zur Erzeugung des
logischen Umhüllungssignals
darstellt;
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Die 6 ein
Steuerungsdiagramm von Signalen darstellt, die am Ausgang einer
VITERBI – Dekodierungsvorrichtung
aufgebracht werden um die Trennung durch Synchronisierung der ausgehend von
den validierten und kodierten dekodierten Daten zu ermöglichen.
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Eine detailliertere Beschreibung
des Verfahrens zur Faltungskodierung und zur Paketübertragung
eines seriellen Flusses digitaler Daten, entsprechend dem Gegenstand
der vorliegenden Erfindung wird jetzt in Verbindung mit den 2a und 2b gegeben.
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Allgemein wird angegeben, daß jedes
Paket digitaler zu kodierender und zu übertragender Daten Pj durch
eine Aufeinanderfolge von q Bits i(k), wobei k den aufeinanderfolgenden
Rang jedes das Datenpaket zusammensetzenden Bits bezeichnet.
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ES wird allgemein angegeben, dass
das Verfahren, das Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, Ein
Faltungskodierungsverfahren mit der Tiefe K ausführt wie es vorher in der Beschreibung
angegeben worden ist.
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So wie es auf der 2a dargestellt ist, besteht das Verfahren,
das Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, aus einem Schritt
a), zur Trennung im seriellen Datenfluss, d. h. für jedes
entsprechende Paket Pj, eine Menge von n = K – A aufeinanderfolgender Bits,
wobei n selbstverständlich
unter q liegt, um ein laufendes Wort von n Bits zu bilden.
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Das Kodierungsverfahren, Gegenstand
der vorliegenden Erfindung, besteht ebenfalls, im zu definierenden
Schritt b) für
das vorgenannte Faltungskodierungsverfahren, einen stabilen, binären sogenannten
Ausgangswert, der es in der Tat erlaubt, das Kodierungsverfahren
zu initialisieren so wie es detaillierter in der nachfolgenden Beschreibung
beschrieben wird.
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Unter Bezugnahme auf die 1, wird angegeben, dass
dezr Schritt a durch die Ausführung
einer Speicherzellenkette realisiert werden kann, die n Speicherzellen
umfasst, die dazu bestimmt sind, die Menge von n aufeinanderfolgenden
Bits in dem seriellen Datenfluss und durch Verschiebung bei jedem Bit
mit dem Rang k des so zusammengesetzten Wortes mit n Bits zu speichern.
Man versteht insbesondere, dass die vorgenannte Kette von Speicherzellen vorteilhafter
Weise durch ein Verschiebungsregister realisiert werden kann, das
es erlaubt, in dem seriellen Datenfluss ein Gleitfenster zu entnehmen,
das das vorgenannte Wort aus n Bits bildet.
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Was den Schritt b) betrifft, der
daraus besteht, für
das Faltungskodierungsverfahren einen binären stabilen Ausgangswert zu
definieren, wird angegeben, dass dieser binäre Wert vorteilhafter Weise der
ganzen Menge der Speicherzellen, die die vorgenannte Speicherzellenkette
zusammensetzen, auferlegt wird. So besteht das mit dem Gegenstand
der vorliegenden Erfindung konforme Kodierungsverfahren darin, vor
der Erzeugung des ersten Wortes von n Bits in dem vorgenannten Paket
Pj das eigentliche Faltungskodierungsverfahren durch den gewählten stabilen
binären
Ausgangswert zu initialisieren. So wird verständlich, dass in Abwesenheit
des Paketes Pj die Menge der die Speicherzellenkette zusammensetzenden
also auf den stabilen Ausgangswert positioniert wird, wobei jede
Speicherzelle den gleichen stabilen Wert, d. h. den Wert 0 oder
den Wert 1, aufweist, so wie es später in der Beschreibung beschrieben
werden wird.
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Die Schritte a) und b) wie sie auf
der 2a dargestellt sind,
werden also von dem Schritt c) gefolgt, der darin besteht, das laufende
Wort von n Bits, wie es beim Faltungskodierungsverfahren mit der Tiefe
K gebildet worden ist, jedem Bit-Wert i(k), der einem ersten a(k)
und einem zweiten b(k) kodierten Wert entspricht, wobei diese kodierten
Werte aus einem kodierten Symbol bestehen, das mit S(k) = {a(k); b(k)}
bezeichnet wird, wobei dieses Symbol für das betrachtete Bit i(k)
repräsentativ
ist.
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Die Symbole S(k) können vorteilhafter
Weise aus einem Kodierungsverfahren wie es auf der 1 z. B. dargestellt worden ist. Es wird
insbesondere angegeben, dass das Kodierungsverfahren so sukzessive
für die
Menge der Worte mit n Bits die das betreffende Paket Pj nach dem
vorher in der Beschreibung angegebenen Verfahren betreffen ausgeführt werden.
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Dem Schritt c) ist also ein Schritt
d) zugeordnet, der darin besteht, aus den kodierten Symbolen ein
Paket aus kodierten Symbolen mit der Bezeichnung PSj durch Verkettung
dieser kodierten Symbole zu bilden, wobei die Anzahl von kodierten Symbolen gleich
der Anzahl der Bits ist, die das betrachtete Paket Pj zusammensetzen.
Das ausgeführte
Verkettungsverfahren besteht darin, aufeinanderfolgend die Werte
a(k) und b(k), die Bestandteil jedes kodierten Symbols sind, sukzessive
zu verketten.
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Der vorgenannte Schritt d) wird selber
vom Schritt e) gefolgt, der darin besteht, dem Faltungskodierungsverfahren
den vorgenannten stabilen sogenannten Ausgangswert aufzuzwingen.
Unter diesen Bedingungen versteht man, dass der dem Kodierungsverfahren
wieder auferlegte stabile Wert es in der Tat erlaubt, diesen stabilen
Wert nicht nur als Ausgangswert für jedes spätere Datenpaket Pj + 1 anzuwenden,
das dem Kodierungsverfahren und der Paketübertragung zu einem beliebigen
Moment unterzogen werden kann, sondern auch als Zwangswert für das Kodierungsverfahren,
um den gespeicherten Wert in jeder Speicherzelle ab dem Ende des Kodierungsverfahrens
des laufenden Datenpakets Pj zu entfernen, was dem Gegenstand der
vorliegenden Erfindung konform ist.
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Nach dem Erhalten des Paket der kodierten Symbole
PSj im Schritt c) und selbstverständlich nachdem der stabile
Ausgangswert der Kodierung im Schritt e) auferlegt worden ist, besteht
das erfindungsgemäße Kodierungsverfahren
daraus, mindestens eine Verkapselungsmitteilung vom Paket der kodierten
Symbole zu erzeugen. Diese mit C1 notierte Verkapselungsmitteilung
kann so wie es nachfolgend in der Beschreibung beschrieben wird,
aus einem Synchronisierungswort Syj und einem Wert mit der Länge Lj des
betrachteten Pakets aus Symbolen PSj.
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Nachdem die Verkapselungsmitteilung
Cj erzeugt worden ist, besteht das Verfahren, Gegenstand der vorliegenden
Erfindung, anschließend
daraus, in einer selben Nachricht die vorgenannte Verkapselungsmitteilung
Cj und das Paket kodierter Symbole PSj wie es im Schritt g) der 2a dargestellt ist, zu übertragen.
Diese Übertragung
in einer selben Nachricht kann daraus bestehen, eine Verkettung
der Verkapselungsmitteilung Cj und des Pakets von kodierten Symbolen
PSj durchzuführen
und anschließend die Übertragung
der so durch Kodierung erhaltenen resultierenden Nachricht und anschließende Benutzung.
Selbstverständlich
erreicht das Faltungskodierungsverfahren und die Übertragung
durch Pakete eines seriellen digitalen Datenflusses konform mit dem
Gegenstand der vorliegenden Erfindung in Abwesenheit von späteren Datenpaketen
einen Endschritt, der auf der 2a dargestellt
ist, während
in Gegenwart eines späteren
Pakets digitaler Daten mit dem Rang j + 1, die vorhergehenden Operationen
a) bis g) wiederholt werden pour das vorgenannte Paket, was das
laufende Paket wird, Bestandteil des Bitflusses, und endlich für jedes
sukzessive Paket.
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Auf der 2b ist eine Nachricht dargestellt worden,
die aus der Verkettung einer Verkapselungsmitteilung Cj und des
Pakets kodierter Symbole PSj resultiert. Auf klassische Weise, wird
angegeben, dass die Verkapselungsmitteilung aus einem kodierten
Synchronisierungswort Syj besteht, auf einem Feld von z. B. 4 Oktet
und einem Längenfeld
des Pakets der kodierten Symbole PSj, wobei das Längenfeld
Lj z. B. über
24 Oktet kodiert sein kann. Selbstverständlich entspricht in der auf
der 2b dargestellten
resultierenden Nachricht die Länge
des Feldes die dem Paket der kodierten Symbole PSj entspricht, dem
Längenwert
der Kodierten Symbole, die in dem Feld L enthalten sind.
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Das dem Gegenstand der Erfindung
entsprechende Verfahren zur Kodierung durch Faltung und zur Paketübertragung
eines seriellen Flusses von Digitaldaten, wie es in Verbindung mit
den 2a und 2b beschrieben worden ist,
kann die Kodierung von Paketen, die asynchron auf einer Übertragungsleitung übertragen
worden sind, wobei diese Pakete insbesondere von verschiedenen nicht
korrelierten Sendern herrühren
können.
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Unter diesen Bedingungen versteht
man, dass das erfindungsgemäß in dem
Faltungskodierungsverfahren ausgeführte Verfahren zur Faltungskodierung
und zur Paketübertragung
in der Tat für
jedes Datenpaket Pj mit einem Faltungskodierer beginnt, der in einen
vorher genannten stabilen Zustand versetzt ist. Unter diese Bedingungen
werden die n Speicherelemente z. B. entweder auf den Wert 0 oder
auf den Wert 1 gebracht. Ebenso wird der ausgeführte Faltungskodiervorgang
durch Anwendung auf den Kodiervorgang eines festen bestimmten Wertes
gesäubert,
um die Integralität
der Verarbeitung eines Pakets sicherzustellen. In der einfachsten
Ausführungsform
besteht dieser feste bestimmte Wert, der es erlaubt, den Kodiervorgang
zu säubern,
darin, den sogenannten stabilen Ausgangswert zu benutzen, wobei
dieser Wert so dem Kodiervorgang vor und nach dem Kodieren des eigentlichen
Pakets auferlegt wird. In einer vorteilhaften nicht begrenzenden Ausführungsform
der Erfindung wird angegeben, dass, wenn als stabiler Ausgangswert
Null gewählt wird
und die n Speicherzellen auf die gleiche Weise und entsprechend
der Ausführung
des Verfahrens und dem Gegenstand der Erfindung auf Null gebracht werden,
ist es erforderlich, mindestens n sogenannte stabile Ausgangswerte
am Ende des Pakets hinzuzufügen,
um die n Speicherzellen der betrachteten Speicherzellenkette zu
säubern.
Es ist ebenso, wenn der gewählte
stabile Wert 1 ist. In einer vereinfachten Ausführungsform wird angegeben,
dass das Verfahren, Gegenstand der vorliegenden Erfindung, als nicht
begrenzendes Beispiel, ganz einfach darin bestehen kann, durch Verkettung
am Anfang und am Ende der Datenpakete Pj n betrachtete stabile Werte hinzuzufügen. Auf
jeden Fall ist der kodierte Längenwert
in einer solchen Ausführungsform
in dem Längenfeld
bevorzugter Weise der Wert, der der tatsächlichen Länge des Datenpakets Pj unter
Berücksichtigung
der stabilen verketteten Werte am Anfang und Ende des Pakets entspricht.
Eine Kodiervorrichtung, die die Erzeugung einer resultierenden Nachricht
wie sie in Verbindung mit der 2b beschrieben
worden ist, wird nicht in Einzelheiten beschrieben, da eine solche
Vorrichtung klassische Elemente ausführt, die es einfach erlauben,
in der Tat einen Faltungskodierer wie er in der 1 beschrieben ist mit n stabilen Werten
am Anfang und Ende des Pakets aus den Verkettungsmodulen der Datenpakete
Pj zu speisen.
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Im folgenden wird ein Kodierverfahren
eines seriellen Flusses digitaler Daten, die entsprechend dem Verfahren,
das Gegenstand der vorliegenden Erfindung wie es in den 2a und 2 beschrieben worden ist, ist, durch
eine Faltungskodierung kodiert und durch Pakete übertragen worden sind, in Verbindung
mit der 3a und 3b beschrieben.
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Ganz allgemein sei daran erinnert,
dass in einer bevorzugten nicht begrenzenden Ausführungsform
der Erfindung die Ausführung
des Kodierverfahrens das Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, die Übertragung
einer resultierenden Nachricht zur Folge hat, wie es in der 2b beschrieben worden ist.
Diese resultierende Nachricht umfasst die sich auf das Datenpaket
Pj beziehende Verkapselungsmitteilung Cj und die sich auf dasselbe
vorgenannte Datenpaket beziehende Nachricht, die aus den kodierten
Symbolen PSj besteht.
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Unter diesen Bedingungen besteht
das Kodierverfahren, wie es auf der 3a dargestellt
ist und das Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, darin, beim
Empfang der Verkapselungsnachricht Cj und des Pakets der kodierten
Symbole Cj und des Pakets der vorgenannten kodierten Symbole PSj, wobei
der Anfangsschritt auf der 3a mit
a') bezeichnet wird,
darin, mindestens einen Schritt b') durchzuführen, der darin besteht, die
Verkapselungsmitteilung Cj zu trennen um ein logisches Umhüllungssignal
Ej zu erzeugen, das einen ersten binären Wert vor dem Anfang und
nach dem Ende des Pakets kodierter Symbole PSj und einen zweiten
binären
Wert während
des Empfangs des Pakets der vorher genannten kodierten Symbole PSj
aufweist.
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Dem Schritt b') selber folgt ein Schritt c') der darin besteht,
das logische Umhüllungssignal
Ej und die kodierten Symbole S(k) einer logischen Verarbeitung zu
unterziehen, die es ermöglicht,
einerseits für den
ersten binären
Wert des logischen Umhüllungssignals
Ej Ruhesymbole von aufeinanderfolgendem Rang und einem bestimmten
Wert und für
den zweiten binären
Wert des logischen Umhüllungssignals validierte
kodierte Symbole mit dem sukzessiven Rang k zu erzeugen, wobei die
validierten kodierten Symbole mit S'(k) = {a'(k); b'(k)} bezeichnet sind. Selbstverständlich entsprechen
die kodierten validierten Symbole den kodierten Ursprungssymbolen S(k)
während
des zweiten binären
Werts des vorgenannten logischen Umhüllungssignals.
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Es wird insbesondere verständlich,
dass die auf der 3a mit
* bezeichnete logische Verarbeitung es in der Tat erlaubt, folgende
Operation durchzuführen: S(k)*Ej
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Wobei diese logische Operation einerseits
in Abhängigkeit
effektiven logischen Wert des logischen Umhüllungssignals und andererseits
von dem dem eigentlichen Faltungskodierverfahren zugeordneten Ruhewert
abhängt,
so wie später
in der Beschreibung beschrieben werden wird.
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Schließlich folgt dem auf der 3a dargestellten Schritt
c') ein Schritt
d'), der darin besteht,
die Ruhesymbole und die validierten kodierten Symbole mit sukzessivem
Rang einer kontinuierlichen Dekodierung vom Typ VITERBI zu unterziehen,
wobei es die Ruhesymbole erlauben, die Kontinuität des Dekodierungsrasters durch
Aufrechterhaltung eines stabilen Zustands aus dem stabilen Ausgangswert
zwischen zwei aufeinanderfolgenden Paketen kodierter Symbole sicherzustellen.
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Man versteht natürlich dass die logische Verarbeitung,
die auf die kodierten Symbole ausgehend von dem logischen Umhüllungssignal
es in der Tat erlaubt, für
das eigentliche Dekodierungsverfahren nach VITERBI spezifische Ruhesymbolwerte
zu erzeugen, die den stabilen Ausgangswerten entsprechen, mit dem
Ziel, eine kontinuierliche VITERBI-Dekodierung auszuführen.
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Es wird jetzt das Erzeugungsverfahren
des logischen Umhüllungssignals
aus der Verkapselungsmitteilung Cj wie es in Verbindung mit der 3a im Schritt b') beschrieben worden
ist, in Verbindung mit der 3b beschrieben.
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Unter Bezugnahme auf die vorgenannte
Figur, wird angegeben, dass bei der Erfassung des Synchronisierungswortes
SYj z. B. durch Vergleich des Feldes, das sich auf das Synchronisationswort
in der Verkapselungsmittel CJ befindet mit einem Referenzwort, und
anschließend
kann beim Lesen des Längenwertes
Lj der Signalerzeugungsvorgang des Umhüllungslogiksignals Ej darin
bestehen, ein Logiksignal bei einem ersten Binärwert zu erzeugen, dem auf
der 3b z. B. dargestellte
Wert Null nach der Erkennung des Synchronisationswortes Syj z. B., und
anschließend
ein Übergehen
auf den Zusatzwert dieses ersten Logikwertes, dem Wert 1 auf der 3b, Am Ende einer bestimmten
Anzahl von Taktzyklen die der effektiven Übertragung des vorgenannten
Längenfeldes
Lj entspricht. Der ergänzte Wert
d. h. der Wert 1 kann also in Bezug auf das Umhüllungslogiksignal das einem
zweiten Logikwert dieses Signals entspricht, während der Dauer in der Anzahl
von Taktzyklen die dem Lesen der aufeinanderfolgenden Symbole des
Symbolpakets PSj entspricht, aufrecht erhalten werden und anschließend zum
ersten Logikwert, dem Wert 1, ab dem Ende des vorher erwähnten Lesevorgangs
in Übereinstimmung mit
dem Ende des Lesens des vorgenannten Symbolpakets zurückgeführt werden.
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Der im erwähnten Schritt d') in Verbindung mit
der 3a realisierte Dekodierungsvorgang
von VITERBI ist also der folgende.
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Die Kontinuität in dem für die VITERBI-Dekodierung spezifische
Raster-Diagramm wird durch das Aufrechterhalten des stabilen Zustands
mit Hilfe des vorgenannten stabilen Wertes zwischen zwei aufeinanderfolgenden
mit dem Rang j und j + 1 erhalten. Dieser stabile Zustand ist der,
der auf sichere Weise den Wert, der am Anfang und Ende des Pakets
kodiert wird, ein Zustand, der zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Paketen aufrechterhalten wird.
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In einem Raster existieren nur zwei
Zustände,
die diesen Kriterien entsprechen, der Zustand Null und der Zustand 1,
der den stabilen vorgenannten Werten entspricht in Abhängigkeit
von der Tiefe K des benutzten Kodierverfahrens. Dieser Zustand ist gleich
3 für K
= 3 und 63 für
K = 7.
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Konstruktionsgemäß garantiert der VITERBI-Algorithmus
in der Tat, dass, wenn man sich in dem Zustand Null befindet und
immer Nullen empfängt,
man nicht den Zustand ändert,
wenn es keine eingeführte
Divergenz zwischen dem empfangenen Wert und dem erhofften Wert gibt.
Das gleiche liegt für
einen Zustand 1 mit dem Empfang eines für einen Zustand 1 mit
dem Empfang eines Wertes 1 vor.
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Im übrigen hat der VITERBI-Algorithmus konstruktionsbedingt
zur Folge dass der wahrscheinlichste Weg am Ende des Empfangs eines
Pakets mit den kodierten Symbolen PSj vom Knoten oder dem Nullzustand
dieses Raster startet, wenn das Kodierverfahren als stabilen Ausgangs-
oder, Ruhewert den als Nullwert genommenen Zwangswert benutzt, und dass
das spätere
Paket am gleichen Knoten beginnt. Das gleiche Prinzip ist selbstverständlich anwendbar für einen
Zwangs- oder Ruhewert gleich 1, wobei der Zustand des Paketanfangs
und des Paketendes n Werten 1 entspricht.
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Auf der 3c sind ein Raster in einem Dekodierverfahren
von VITERBI für
K = 3 mit einem Zwangswert des stabilen Werts gleich Null für aufeinanderfolgende
Pakete PSj–1,
PSj dargestellt.
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Das Verfahren zur Faltungskodierung
und zur Paketübertragung
eines seriellen Flusses von Digitaldaten und das entsprechende Dekodierungsverfahren,
Gegenstände
der vorliegenden Erfindung, erlauben es auf Ebene des Dekodierverfahrens,
das Raster zu zwingen, in dem stabilen Zustand oder dem Ruhezustand
zu bleiben, welcher aus stabilen Ausgangswerten zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Paketen erstellt worden ist und erlauben es also, die Datenverarbeitung
selbst in einem Paketübertragungsmodus
nie zu unterbrechen.
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Da der Paketübertragungsmodus darin besteht
Daten in Stößen auszusenden
und diese Stöße zeitmäßig zu trennen,
so induziert also dieser Modus Unterbrechungen in der logischen
Kontinuität
der ausgesendeten Daten und man kann also a priori nicht einer VITERBI-Dekodierung
unterzogen werden, der Datenfluss in den Verfahren, Gegenstand der
vorliegenden Erfindung, wird also nie unterbrochen. In der Tat erscheint
der Ruhezustand als natürlicher
Zustand der Prozedurfolge und es ist also nicht erforderlich, das
Herz der Architektur des für
den Paketmodus ausgeführten
VITERBI-Dekodierers braucht also nicht verändert zu werden.
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So wird es verständlich, dass es durch die Erzeugung
des Umhüllungslogiksignals
aus der Verkapselungsmitteilung ermöglicht wird, dass die Logikverarbeitung
zwischen den kodierten Symbolen und dem Umhüllungslogiksignal eine solche
Kontinuität
sicherstellt.
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Man versteht sicher, dass die Prozedur
bzw. der Funktionsmodus des Kodierers strikt der Prozedur bzw. dem Funktionsmodus
der logischen Verarbeitung auf Ebene der Dekodierung folgt.
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Verschiedene Ausführungsformen der logischen
Verarbeitung werden jetzt in Zusammenhang mit der Form des Verkapselungssignals
und dem gewählten
Ruhewert gegebenen.
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Entsprechend einer ersten Ausführungsform besteht
die vorgenannten logische Verarbeitung für einen Ruhezustand und einen
ersten Logikwert des Umhüllungslogiksignals,
der der Paketanfangs- und Paketendesignalisierung gleich dem Wert
null entspricht, und für
einen zweiten Logikwert des Umhüllungslogiksignals
gleich dem Wert 1, aus einer logischen UND-Funktion.
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In einem solchen Fall werden die
ankommenden Daten, wenn das Umhüllungslogiksignal
unaktiv ist, d. h. beim ersten Logikwert null, ersetzt durch einen
Wert Null, was selbstverständlich
das Raster im Zustand Null, d. h. im Ruhezustand erhält.
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In einer zweiten Ausführungsform
für einen Ruhezustand
mit dem Wert gleich 1, einen ersten Logikwert vor dem Anfang und
nach dem Ende des Pakets kodierter Symbole des Umhüllungssignals
das den Wert 1 hat und für
einen zweiten Logikwert, der Aktivität der Hülle, gleich dem Wert Null,
ist die Logikverarbeitung, die zwischen dem Umhüllungslogiksignal und den kodierten
Symbolen S(k) ausgeführt
ist, eine Logikfunktion vom Typ ODER, wobei das Umhüllungslogiksignal
ergänzt
ist.
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In einer dritten Ausführungsform
für einen Ruhezustand
und einen ersten Logikwert des Umhüllungslogiksignals, gleich
dem Wert Null, und für
ein Signal, das die Aktivität
der Umhüllung
darstellt, das dem zweiten Logikwert gleich dem Wert 1 entspricht, ist
die logische Verarbeitung zwischen dem Umhüllungslogiksignal und den kodierten
Symbolen eine Funktion vom Typ UND mit dem ergänzten Umhüllungslogiksignal.
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In einer vierten Ausführungsform
für einen Ruhezustand
und einen ersten Logikwert des Umhüllungslogiksignals gleich dem
Wert 1, und für
ein Umhüllungsaktivitätssignal,
das dem zweiten Umhüllungslogikwert
gleich dem Wert null entspricht, ist die logische Verarbeitung zwischen
den Symbolen S(k) und dem Umhüllungslogiksignal
eine Funktion vom Typ ODER mit dem vorgenannten Umhüllungslogiksignal.
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Andere Ausführungsformen sind denkbar.
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Eine ausführlichere Beschreibung einer
Dekodiervorrichtung eines seriellen Flusses durch Faltungskodierung
kodierter und paketweise übertragener
Digitaldaten, konform mit dem vorher in der Beschreibung beschriebenen
Kodierverfahren, wird jetzt in Verbindung mit den 4a bis 4d gegeben.
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Unter Berücksichtigung der resultierenden übertragenen
Nachricht, wie sie auf der 2b dargestellt
ist, kann die Vorrichtung wie sie auf der 4a dargestellt ist, vorteilhafter Weise
ein Trennungsmodul 1 der Verkapselungsmitteilung Cj, die
es erlaubt, ein Umhüllungslogiksignal
Ej sowie es vorher in Bezug auf das laufende Paket von Symbolen
PSj erwähnt
worden ist, zu erzeugen. Das Umhüllungslogiksignal
Ej weist einen ersten und einen zweiten Logikwert auf, wie es vorher
erwähnt
worden ist.
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Die Dekodiervorrichtung umfasst außerdem ein
Logikverarbeitungsmodul 2 für das Umhüllungslogiksignal und die für die kodierten
Daten repräsentativen
kodierten Symbole S(k). Das Modul 2 empfängt das
Umhüllungslogiksignal
Ej und die Symbole S(k), wobei das Logikverarbeitungssignal 2 es
dank der Ausführung
der vorher erwähnten
logischen Funktionen erlaubt, einen kontinuierlichen Fluss digitaler
Daten, die aus sukzessiv kodierten Symbolpaketen, denen die dem
Ruhezustand Sr(k) entsprechenden Ruhesymbole zugeordnet sein können, bestehen,
zu erzeugen.
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Schließlich umfasst die Kodiervorrichtung ein
VITERBI-Dekodiermodul 3,
das den vorher genannten kontinuierlichen Fluss digitaler Daten
empfängt,
wobei dieses Dekodiermodul so durch das Umhüllungssignal auf den Ruhezustand
dank der Einführung
von Ruhesymbolen Sr(k) re-aktualisiert wird und dieser Vorgang selbstverständlich für jedes
laufende Paket PSj realisiert wird.
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Auf allgemeine Weise wird angegeben,
dass das Logikverarbeitungsmodul 2 eine erste Logikzelle 20 umfasst,
die an einem ersten Eingang jedes erste Symbolelement a(k) und auf
einem zweiten Eingang das Umhüllungslogiksignal
Ej empfängt,
wobei diese erste Logikzelle 20 ein erstes validiertes
Symbolelement a'(k)
ausliefert. Außerdem
umfasst das Logikverarbeitungsmodul 2 eine zweite Logikzelle 21,
die auf einem ersten Eingang jedes zweite Symbolelement b(k) und
auf einem zweiten Eingang das Umhüllungslogiksignal Ej empfängt und
ein zweites validiertes Symbolelement b'(k) liefert.
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Die ersten 20 und zweiten 21 Logikzellen werden
jetzt in Verbindung mit den verschiedenen ausgeführten logischen Funktionen
beschrieben, wie es vorher in der Beschreibung erwähnt worden
ist.
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Wenn die logische Funktion eine Funktion vom
Typ UND ist, umfasst jede erste 20 und jede zweite 21 Logikzelle
eine UND-Pforte,
die das Umhüllungslogiksignal
Ej und das Symbolelement a(k) auf einer ihrer Eingänge und
entsprechend b(k) auf dem anderen ihrer Eingänge aufnimmt, um das validierte
kodierte Symbol S'(k)
oder das Ruhesymbol Sr(k) auszuliefern.
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Wenn die Logikverarbeitung einer
logischen Funktion vom Typ ODER mit dem ergänzten Umhüllungssignal entspricht, werden
die erste 20 und die zweite 21 Logikzelle durch
eine ODER-Pforte
gebildet, die auf einem ihrer Eingänge das Umhüllungslogiksignal Ej über eine
Umkehrvorrichtung und auf dem anderen ihrer Eingänge das Symbolelement a(k),
b(k) empfängt,
um das validierte kodierte Symbol S'(k) und das Ruhesymbol Sr(k) auszuliefern.
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Wenn die Logikverarbeitung einer
logischen Funktion vom Typ UND mit dem ergänzten Umhüllungssignal entspricht, werden
die erste 20 und die zweite 21 Logikzelle durch
eine UND-Pforte gebildet, von der einer der Eingänge das Umhüllungslogiksignal Ej über eine
Umkehrvorrichtung und der andere der Eingänge das entsprechende Symbolelement a(k),
b(k) empfängt
um das validierte kodierte Symbol S'(k) und das Ruhesymbol Sr(k) auszuliefern.
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Wenn die Logikverarbeitung einer
logischen Funktion vom Typ ODER zwischen den kodierten Logiksymbolen
a(k), b(k) und dem Umhüllungslogiksignal
Ej entspricht bestehen die erste 20 und die zweite 21 Logikzelle
aus einer ODER-Pforte, die auf einer ihrer Eingänge das Umhüllungslogiksignal Ej und auf der
anderen ihrer Eingänge
das Symbolelement a(k) bzw. b(k) empfängt, um die validierten kodierten Symbole
S'(k) oder die Ruhesymbole
Sr(k) auszuliefern.
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Schließlich wird eine nicht begrenzende
Ausführungsform
des Trennungsmoduls 1 der Verkapselungsmitteilung Cj in
einer bevorzugten Ausführungsform
in Verbindung mit der 5 beschrieben.
Nach der vorgenannten 5 kann
der Trennungsmodul 1 der Verkapselungsmitteilung eine Ausfluchtungsvorrichtung 10 umfassen,
die es erlaubt, das Synchronisierungswort Syj in der Verkapselungsmitteilung
zu detektieren. Die Ausfluchtungsvorrichtung kann auf klassische
Weise aus einem genügend
großen
Speicher bestehen der ein Lesen des sich auf das Synchronisierungswort
Syj beziehende und einen Vergleich der gelesenen Werte dieses Feldes
mit einer mit CR bezeichneten Referenznachricht erlaubt. Bei einer
Beziehung der zwischen den beiden Feldern gelesenen Daten, kann
also der in dem Langenfeld Lj der Verkapselungsmitteilung Cj gespeicherte
Wert in eine Leseschaltung 11, wie sie auf der 5 dargestellt ist, geladen
werden.
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Schließlich kann der Trennungsmodul 1 ebenfalls
einen Aufwärts-/Abwärtszähler 12 umfassen,
der damit beauftragt ist, den aus dem Feld Lj gelesenen Längenwert
zu laden, wobei es dieser Aufwärts-/Abwärtszähler es
erlaubt, das Umhüllungssignal
Ej zu erzeugen, von dem eines der logischen Zustände eine Dauer aufweist, die
proportional zum vorgenannten Längenwert
Lj ist. Man versteht so, dass der Aufwärts-/Abwärtszähler irgendwie die Rolle einer
monostabilen Schaltung spielt deren metastabiler Zustand in Abhängigkeit
vom geladenen Längenwert eingestellt
wird. Selbstverständlich
wird der Aufwärts-/Abwärtszähler normalerweise
von einem vorher in der Beschreibung erwähnten Taktsignal CK gesteuert.
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Schließlich ist es nach dem auf die
vorgenannten kodierten Symbole angewandten VITERBI-Dekodiervorgang
wünschenswert,
anzugeben, welche die nützlichen
Werte sind, d. h. die Daten, die erhalten worden sind andere sind
als die die sich auf das Dekodieren der Ruhesymbole beziehen.
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Zu diesem Zweck kann also das Umhüllungslogiksignal
Ej um die für
die Dekodierung eines oder mehrer Werte erforderliche Zeit verschoben
und verzögert
werden, wie es auf der 6 dargestellt ist,
wobei es dieses verschobene Umhüllungslogiksignal ΔEj erlaubt,
die durch die Dekodierung der einzelnen validierten kodierten Symbole
erhaltenen Daten zu synchronisieren und zu trennen.
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Das Kodierungsverfahren, das Dekodierungsverfahren
und die Dekodierungsvorrichtung, Gegenstand der vorliegenden Erfindung,
können
auf besonders vorteilhafte Weise in allen Anwendungen benutzt werden,
die einer Konversion digitaler/ analoger und dann analoger/digitaler
Daten unterzogen werden und die eine Detektion der Fehlerkorrektur erfordern.
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Das Kodierungsverfahren, das Dekodierungsverfahren
und die Dekodierungsvorrichtung sind besonders vorteilhaft und angepasst
für alle
Anwendungen die es erfordern, das das Datenmultiplexing in der physischen
Schicht des Übertragungsnetzwerkes
realisiert wird. So können
alle Paketkommunikationsnetzwerke, die Übertragungen im nicht angeschlossenen
Modus ausführen
und zwingend die Ausführung
eines Korrektionsverfahrens erfordern, einem Kodierungsverfahren
eines Kanals unterzogen werden, dessen Enden aus einem Faltungskodierer
und einem VITERBI-Dekodierer bestehen, wie sie vorher in der Beschreibung
beschrieben worden sind.