SE448139B

SE448139B - DIGITAL TRANSMISSION EQUIPMENT WITH CODING AND DECODING EQUIPMENT

Info

Publication number: SE448139B
Application number: SE8004301A
Authority: SE
Inventors: O Rohmann
Original assignee: Storno As
Priority date: 1979-06-12
Filing date: 1980-06-09
Publication date: 1987-01-19
Also published as: DK243679A; DK147535C; DK147535B; FR2458958B1; SE8004301L; DE3022047A1; GB2052217A; GB2052217B; FR2458958A1

Description

448 1s9 2 är även kända mera invecklade polynoma checker, som härledas från eüzpølynom och som avkodas efter sanma polynom.' _ För felupptäckning och felrättning är det vidare känt att använda ordupp- repníng. Avkodningen består dåii att de upprepade transmissionerna av samma ord jämföras bit för bit och man anser den bit för korrekt som är oftast förekommande. 448 1s9 2 are also known more complex polynomial checks, which are derived from eüzpølynom and which are decoded after the same polynomial. ' It is also known to use word repetition for error detection and error correction. The decoding consists in that the repeated transmissions of the same word are compared bit by bit and the bit that is most common is considered to be correct.

Metoden kallas för felrättning genom flertalsanpassning och den har dessutom varit föreslagen att användas vid jämförelse av bitkombinationer. Det praktiska värdet av dessa skilda medel kan dels beräknas dels mätas genom en storhet som be-1 tecknas som telegramacceptans, och härmed förstås förhållandet, angivet i procent, mellan antalet korrekt mottagna telegram och antalet avsända telegram.The method is called error correction by plural adaptation and it has also been proposed to be used when comparing bit combinations. The practical value of these different means can be calculated and measured by a quantity which is referred to as telegram acceptance, and by this is meant the ratio, stated in percent, between the number of telegrams correctly received and the number of telegrams sent.

Den föreliggande uppfinningen avser digitala transmissionsutrustningar med kodnings- och avkodningsmedel som omfattar synkroniseringsmedel, och den har till uppgift att säkerställa en ökad telegramacceptans även vid användning av transmissionsmedia med ofta uppträdande bitfel, som särskilt förekommer i skurar.The present invention relates to digital transmission equipment with coding and decoding means comprising synchronizing means, and it has the object of ensuring an increased telegram acceptance even when using transmission media with frequently occurring bit errors, which occur in particular in bursts.

Detta uppnås genom de medel som anges i patentkravets 1 känæﬁecknande del.This is achieved by the means stated in the characterizing part of claim 1.

Den.därigenom uppnådda ökade telegramacceptansen framgår av ritningsfiguren h, såsom kommer att beskrivas närmare i den följande detaljerade beskrivningen.The increased telegram acceptance thus obtained is shown in the drawing figure h, as will be described in more detail in the following detailed description.

Uppfinningen komner att beskrivas närmare i det följande under hänvisning till de bifogade ritningarna. - Fig. 1 visar ett blockschema för en utförings-g fonn för en radiostation för en transmissionsutrustning enligt uppfinningen. - Fig. 2a och Zb visar kända telegram. - Fig. 3a t.otm¿ 3f visar ett antal telegram sända medelst transmissionsutrustningen enligt uppfinningen. - Fig. Å visar _ mätresultat i form av kurvor för telegramacceptansen som funktion av medel-HF- signalen för tva kända digitala transmissíonsutrustningar och för två utförings- former av digitala transmissionsutrustningar enligt uppfinningen.i Z Den i fig. 1 visade radiostationen omfattar en antenn 1, som via en antenn- ledning 2 är förbunden med en antennomkopplare 3, som har ett elektroniskt styrt relä Å, som kan förbinda antennen 1 med antingen en sändare 5 eller en mottagare 6.The invention will be described in more detail in the following with reference to the accompanying drawings. Fig. 1 shows a block diagram of an embodiment of a radio station for a transmission equipment according to the invention. Fig. 2a and Zb show known telegrams. Fig. 3a to 3f show a number of telegrams transmitted by means of the transmission equipment according to the invention. Fig. Å shows measurement results in the form of curves for the telegram acceptance as a function of the mean RF signal for two known digital transmission equipment and for two embodiments of digital transmission equipment according to the invention. The radio station shown in Fig. 1 comprises an antenna. 1, which is connected via an antenna line 2 to an antenna switch 3, which has an electronically controlled relay Å, which can connect the antenna 1 to either a transmitter 5 or a receiver 6.

Ett likaledes elektroniskt styrt relä 7 har växlingskontakter 8, som kan förbinda sändaren med antingen en modulator 9 eller en mikrofonförstärkare l0 med en mikro- fon il, och vidare har växlingskontakter l2, som kan förbinda mottagaren 6 med antingen en demodulator l3 eller med en förstärkare med en ljudâtergivningsapparat 15.A similarly electronically controlled relay 7 has changeover contacts 8, which can connect the transmitter to either a modulator 9 or a microphone amplifier 10 to a microphone 11, and furthermore has changeover contacts 12, which can connect the receiver 6 to either a demodulator 13 or to an amplifier. with a sound reproducing apparatus 15.

Reläerna Å, 7 och 12, sändaren 5, mottagarencï 6, modulatorn 9 och de- modulatorn 13 är via ledningar förbundna med ingångs-utgångsenheten 16 i en mikro- dator, som grundar sig på en mikroprocessor 17, som på i och för sig känt sätt är' förbunden med en tidsregmlator 18, med ROM- och/eller PROM-minne 19; med ett RAM- minne20 och med en taktpulsgenerator 21. Mikrodatorn kan vidare via icke närmare visade ledningar 22 vara förbunden med skilda manöverutrustningar, såsom lampor, klockor, presentationsanordningar;_tryckknappar, omkopplare, skrivare eller lik- ' nande. _ V " Q (L.The relays Å, 7 and 12, the transmitter 5, the receiver 6, the modulator 9 and the demodulator 13 are connected via wires to the input-output unit 16 in a microcomputer, which is based on a microprocessor 17, as is known per se. method is connected to a time controller 18, with ROM and / or PROM memory 19; with a RAM memory20 and with a clock pulse generator 21. The microcomputer can furthermore be connected via wires 22 not shown in more detail to various operating equipment, such as lamps, clocks, display devices; pushbuttons, switches, printers or the like. _ V "Q (L.

A3 ,;s. al* 448 139 Den nu beskrivna sändaren-mottagaren är givetvis anordnad för komnunikation av såväl binära telegram som av analogsignaler, exempelvis i form av tal, och ut-7 göres av en utföringsform med skiftning mellan digital och analog transmission.A3,; s. The transmitter-receiver now described is of course arranged for communication of both binary telegrams and of analog signals, for example in the form of speech, and consists of an embodiment with switching between digital and analog transmission.

ROM-minnet 19 har i detsamma inläst information om på vilket sätt de telegram skall formuleras som via modulatorn 9 och sänhmen 5 skall sändas till en främmande mottagare, och om på vilket sätt telegram som mottagas från en främmande sändare skall avkodas.The ROM memory 19 has in it read information on how the telegrams are to be formulated which are to be sent via the modulator 9 and the transmitter 5 to a foreign receiver, and on how the telegrams received from a foreign transmitter are to be decoded.

Telegrammens informationsinnehåll är godtyckligt men kan utgöras av 7 information för selektivt anropande av en annan önskad abonnent, eller av informa- tion, exempelvis om ett tillstånd, som registreras lokalt, och som inkommer analogt eller digitalt via en av ledningarna 22. _ _Fig. 2 visar en kända uppställning (format) för ett telegram med feldetektering men utan felhonæktkhhﬂtsamas telegramlängd är 52 bit, av vilka .de första 12 användas för telegramsynkronisering, de nästa 32 är data och de sista 8 är cykliska redundanscheckbit (CRC), som såväl sändaren som mottagaren kan räkna ut på grundval av de 32 databit. Om det av mottagaren konstateras att dessa checkbit är irrelevanta ifråga om de mottagna databit, tages detta som ett tecken på ett detekterat transmissionsfel och telegrammet kasseras.The information content of the telegrams is arbitrary but may consist of information for selective invocation of another desired subscriber, or of information, for example about a permit, which is registered locally, and which is received analogously or digitally via one of the lines 22. _ _Fig. 2 shows a known arrangement (format) for a telegram with error detection but without error telechrams telegram length is 52 bits, of which the first 12 are used for telegram synchronization, the next 32 are data and the last 8 are cyclic redundancy check bit (CRC), which the receiver can calculate on the basis of the 32 data bits. If it is established by the receiver that these check bits are irrelevant to the received data bits, this is taken as a sign of a detected transmission error and the telegram is discarded.

Uppställningar av denna typ användas allmänt i flera länder på grund av den enkla uppbyggnaden, men då ett enda bitfel i telegrammet medför att detta avvisas såsom falskt, är telegramacceptansen, såsom framgår av kurvan hl i fig. ü, jämförelsevis dålig. i En annan uppställning som har anpassats till att innehålla 32 databit för att giva en relevant jämförelse, men i övrigt har utformats enligt kända principer, ger såväl feldetektering som felkorrigering. _ ' Denna telegramuppställning, som visas i fig. 2b, är på totalt l2Ä bit och börjar med 32 bit enligt ett avtalat mönster med hög autokorrelationskoefficient som ensamt tjänar som telegramsynkroniseringsmönster. Felrättningen | telegrammets_ synkroniseringsdel framgår av att endast 28 av de totalt 32 bit måste vara korrekt mottagna för att telegramsynkroniseringsmönstret skall accepteras. _ Detta kriterium är en lämplig kompromiss mellan att tolerera så stort antal fel som möjligt utan att antalet falska telegramsynkroniseringar blir generande.Arrays of this type are widely used in several countries due to the simple construction, but when a single bit error in the telegram causes this to be rejected as false, the telegram acceptance, as shown by the curve hl in Fig. Ü, is comparatively poor. i Another set-up that has been adapted to contain 32 data bits to provide a relevant comparison, but has otherwise been designed according to known principles, provides both error detection and error correction. This telegram array, shown in Fig. 2b, is a total of 12 bits and begins with 32 bits according to an agreed pattern with a high autocorrelation coefficient which alone serves as a telegram synchronization pattern. Correction | The synchronization part of the telegram is shown by the fact that only 28 of the total 32 bits must be correctly received in order for the telegram synchronization pattern to be accepted. This criterion is an appropriate compromise between tolerating as many errors as possible without embarrassing the number of false telegram synchronizations.

Telegramsynkroniseringsdelen följes av totalt 92 bit. Härav är 32 databit och 8 CRC-bit och de återstående 52 bit är redundansbit.The telegram synchronization part is followed by a total of 92 bits. Of these, 32 are data bits and 8 are CRC bits and the remaining 52 bits are redundancy bits.

A Felrättningen i denna del av telegrammet sker genom att koda de 32 data- bit och de 8 CRC-bit enligt en så kallad Hageﬂængerkod, som beskrivits av D.H.A The error correction in this part of the telegram is done by coding the 32 data bits and the 8 CRC bits according to a so-called Hage ænger code, as described by D.H.

'Hagelbarger i Bell System Tech. Journal, vol. 38, 1969, sid. 969-98ü.'Hagelbarger in Bell System Tech. Journal, vol. 38, 1969, p. 969-98ü.

Denna kod har den egenskapen att den kan rätta upp till och med 6 bitfel i rad. Därefter skall nästa 19 bit vara riktiga och därefter kan den återigen rätta upp till 6 bitfel i rad osv. Telegramacceptansen för den här beskrivna telegram- -uppställningen har visats genom kurvan H2 i fig. h. 448 139i En utföringsform för en telegramkod med en telegramlängd av 96 bit och 7 utförd medelst en transmissionsutrustning enligt uppfinningen har visats i fig. 3a.This code has the property that it can correct up to 6 bit errors in a row. Then the next 19 bits must be correct and then it can again correct up to 6 bit errors in a row and so on. The telegram acceptance of the telegram array described here has been shown by the curve H2 in Fig. H. 448 139i An embodiment of a telegram code with a telegram length of 96 bits and 7 executed by means of a transmission equipment according to the invention has been shown in Fig. 3a.

Här betecknar Bl, B2, B3 och Bü resp. databyte nr 1, 2.3 och Ä och det påpekas att l byte är lika med 8 bit. Här betecknar databyte ett 'brd" och det framgår att' det första ordet sändes och efterföljes av tvâ upprepningar, och därefter upprepas samma mönster för de tre nästa orden i telegrammet. Åvkodningen sker pâ det sätt. som anges under g)'i patentkravet l. Det framgår-att en.byte i var och en av fyra grupper om tre byte kan vara behäftat med fel utan att detekteringen störes, och härav framgår felkorrigeríhgen. Om mera än en av tre byte i en grupp är be- häftad med fel, kommer ingen av jämförelserna att utvisa identitet, och därmed kommer telegrammet att avvisas, och härav framgår feldetekteringen. Byte-flertalsan- I passning medför därmed även feldetektering, i motsats till bit-flertalsanpassning, som endast är en felkorrektion, genom att minst 2 av_3 byte skall vara identiska, me- dan vid bit-flertalsanpassning minst Ziav 3 bit skall vara identiska, och detta kommer naturligtvis alltid att vara uppfyllt.i i 7 _ 7Speciellt medför byte-flertalsanpassning en fördel, när ingångssignalen till avkodaren är tillfällig (brus). Här kommer en-bit-flertalsanpassning att alltid giva ett felaktigt meddelande, medan vid byte-flertalsanpassning skall de enstaka bit i minst två byte stämma överens. Det kan emellertid inträffa att två byte i en grupp båda drabbas av fel i två lika placerade bit. Härvid förefinns möjlighet för en falsk detektering. Denna möjlighet förefinns i vilken som helst kodning. Om man vill säkerställa sig mera än vad som här implicit angivits, kan telegrammet ut- vidgas med ytterligare en byte, som här fungerar som cylisk redundanskohtroll (CRC).Here, B1, B2, B3 and Bü denote resp. data bytes nos. 1, 2.3 and Ä and it is pointed out that l bytes is equal to 8 bits. Here, data byte denotes a 'brd' and it appears that 'the first word is transmitted and followed by two repetitions, and then the same pattern is repeated for the next three words in the telegram. The decoding takes place in the manner specified in g) in claim l. It appears that one byte in each of four groups of three bytes may be defective without interfering with detection, and this indicates the error correction. If more than one of three bytes in a group is defective, none of the comparisons will show identity, and thus the telegram will be rejected, and from this the error detection is apparent.Byte-plurality-adaptation thus also entails error-detection, in contrast to bit-plural adaptation, which is only an error correction, by at least 2 of_3 bytes should be identical, while at bit-majority matching at least Ziav 3 bits should be identical, and this will of course always be fulfilled.ii 7 _ 7Especially byte-majority matching has an advantage when the input signal t ill the decoder is temporary (noise). Here, one-bit plurality matching will always give an incorrect message, while in byte plurality matching, the single bits in at least two bytes must match. However, it can happen that two bytes in a group both suffer from errors in two equally placed bits. In this case, there is a possibility of a false detection. This possibility exists in any coding. If you want to secure more than what is implicitly stated here, the telegram can be extended with another byte, which here functions as a cyclic redundancy check (CRC).

Denna byte skall då upprepas liksom de fyra databyte och avkodas på samma sätt.This byte must then be repeated like the four data bytes and decoded in the same way.

I I den hittills gjorda beskrivningen har telegramsynkroniseringen icke medtagits med hänsyn till tydligheten. Det faktiskt utsända bitmönstret är därför icke det som visats i fig. 3a_utan detsamma visas i fig. 3b. Det påpekas här att det insatta tecken som utgöres av "+Ü inom en cirkel symboliserar en exklusïv-eller- operation. Flera sätt är kända för att utföra denna operation. Byte Cl - C12 re- presenterar 12 byte, vilka är avtalade som synkroníseringstecken och är valda från ett bitmönster med hög autokorrelationskoefficient, vilket betyder att bitmönstret utgör en pseudo-tillfällig binär sekvens med lika många 0-bit som 1-bit, exempelvis alstrade i ett skiftregister med en eller flera âterkopplingar. l avkodaren underkastas de l2 mottagna byte_en exklusiv-eller-process med det valda synkroniseringsbitmönstret, varigenom de ursprungliga orden framkommer, eftersom ett ord som två gånger underkastas en ekklusiv-eller-process med samma ord, s kommer att återuppstå oförändrat. Härigenom uppnås att om avkodaren | sitt lager icke har det rätta "fönstret" av bit, kommer det att förefinnas mycket liten sanno- likhet för att någon av jämförelserna visar identitet. Härav framgår telegram- synkroniseringen. De 12 byte Cl - C12 inramar på detta sätt det meddelande som skall avkodas, dvs. avkodaren känner början och slutet. Telegramsynkronisering.enligt 11+ U m* 448 139 5 ,uppfinningen medför därigenom att det icke är nödvändigt med ett telegramsyn- kroniseringsmönster före meddelandena, såsom visats i fig. 2a och Zb. _, Genom att välja olika bitmönster Cl - C12, där vart och ett har en hög autokorrelationskoefficient men inbördes är ortogonala, kan telegramkoden enligt uppfinningen omedelbart användas för selektiva anrop. Det kan härigenom ske anrop till olika enheter genom att endast ändna synkroniseringsmönstret, dvs. utan att använda bit från själva meddelandet. 7 Det är känt att vid datatransmission via mobil radio kommer bitfelen att ofta uppträda med ett antal bitfel i rad. Det kan därför vara fördelaktigt att i stället för bitmönstret i fig. 3a välja det i fig. 3: visade bštmönstret, som motstår upp till 16 bitfel i rad förekommande upp till två gånger. Två bitfel- grupper med vardera 9 bitfel med ett avstånd av 39 bit kommer med säkerhet att . rättas. I 7 En annan möjlighetâramm välja den i fig. 3d visada~ sekvensen, som kan motstå upp till 32 Htfel i rad förekommande en gång. Bitfelgrupper med 25 bitfel rättas med säkerhet. i Huruvidaa man vill välja uppställningarnà enligt fig. 3a, 3c eller 3d be- _ ror på en avvägning av önskningarna ifråga om felkorrigeringsegenskaperna. 0lägen-- heten med en ökad motståndsförmâga mot bitfel i rad är en mindre motståndsförmåga mot .jämnt far-delade b: tfel. i I fig. Ä visar kurvan #3 telegramacceptansen för koden enligt fig. 3c. Ännu större telegramacceptans kan uppnås, om man ökar telegramlängden till exempelvis 128 bit. Man kan då sända varje ord fyra gånger, såsom framgår av fig. 3e. Denna uppställning motstår upp till 16 bitfel i rad förekommande upp till Å gånger, och Å bitfelgrupper, som var och en är på upp till 9 bitfel med minst 23 bit avstånd, rättas med säkerhet. Såsom framgår av fig. 3f kan orden omkastas, så att vad som upprepas är ett ordpar, och jämförelsen kan då ske mellan de enskilda orden eller mellan ordpar. Ett.sådant telegram som det i fig. 3f visade motstår upp till 32 bitfel i rad för varje hälft av teiegrammet och grupper på 25 bitfel i rad med ett avstånd av 39 bit rättas med säkerhet. Telegramacceptansen för en på detta sätt kodad transmission framgår av kurvan åk i fig. Ä.In the description made so far, the telegram synchronization has not been included with regard to clarity. The actual transmitted bit pattern is therefore not that shown in Fig. 3a - but the same is shown in Fig. 3b. It is pointed out here that the inserted character consisting of "+ Ü within a circle symbolizes an exclusive-or operation. Several ways are known to perform this operation. Bytes C1 - C12 represent 12 bytes, which are agreed as synchronizing characters and are selected from a bit pattern with a high autocorrelation coefficient, which means that the bit pattern constitutes a pseudo-temporary binary sequence with as many 0-bits as 1-bit, for example generated in a shift register with one or more feedbacks.The decoder is subjected to the l2 received bytes_en exclusive -or-process with the selected synchronization bit pattern, whereby the original words appear, since a word that is twice subjected to an exclusive-or-process with the same word, s will reappear unchanged, thereby achieving that if the decoder | its layer does not have the correct the "window" of a piece, there will be very little probability that any of the comparisons will show identity, which shows the telegram synchronization Gene. The 12 bytes C1 - C12 frame in this way the message to be decoded, ie. the decoder senses the beginning and the end. Telegram synchronization according to 11+ U m * 448 139 5, the invention thereby means that it is not necessary to have a telegram synchronization pattern before the messages, as shown in Figs. 2a and Zb. By selecting different bit patterns C1 - C12, each of which has a high autocorrelation coefficient but are mutually orthogonal, the telegram code according to the invention can be used immediately for selective calls. This allows calls to be made to different devices by only changing the synchronization pattern, ie. without using bit from the message itself. It is known that in data transmission via mobile radio, the bit errors will often occur with a number of bit errors in a row. It may therefore be advantageous to choose instead of the bit pattern in Fig. 3a the bit pattern shown in Fig. 3, which resists up to 16 bit errors in a row occurring up to twice. Two bit error groups with 9 bit errors each with a distance of 39 bits will certainly. corrected. I 7 Another possibility frame selects the sequence shown in Fig. 3d, which can withstand up to 32 Ht errors in a row occurring once. Bit error groups with 25 bit errors are corrected with certainty. Whether one wants to choose the arrangements according to Figs. 3a, 3c or 3d depends on a balancing of the desires in terms of the error correction properties. The advantage of an increased resistance to bit errors in a row is a less resistance to evenly distributed bit errors. In Fig. Ä, curve # 3 shows the telegram acceptance of the code according to Fig. 3c. Even greater telegram acceptance can be achieved, if you increase the telegram length to, for example, 128 bits. You can then send each word four times, as shown in Fig. 3e. This array resists up to 16 bit errors in a row occurring up to Å times, and Å bit error groups, each of which is up to 9 bit errors with at least 23 bit spacing, are corrected with certainty. As can be seen from Fig. 3f, the words can be reversed, so that what is repeated is a word pair, and the comparison can then take place between the individual words or between word pairs. A telegram such as that shown in Fig. 3f resists up to 32 bit errors in a row for each half of the teiegram and groups of 25 bit errors in a row with a distance of 39 bits are corrected with certainty. The telegram acceptance for a transmission coded in this way is shown by the curve go in Fig. Ä.

Genom att anpassa den under avkodningen skeende raden av jämförelser till transmissionskanalensstatistiska bitfelsfördelning är det möjligt att förbättra itelegramacceptansen för den ifrågakommande transmissionssträckan. Även om det ' i samband med fig. 2 visats att avkodningen sker medelst en mikrodator, är det tydligt att jämförelseproceduren kan ske i kretsanordningar som är uppbyggda av integrerade komponenterav-standardtyp och exempelvis av TIL- eller CMOS-typ.By adapting the row of comparisons occurring during decoding to the transmission channel statistical bit error distribution, it is possible to improve the itelegram acceptance of the transmission distance in question. Although it has been shown in connection with Fig. 2 that the decoding takes place by means of a microcomputer, it is clear that the comparison procedure can take place in circuit devices which are built up of integrated components of standard type and for example of TIL or CMOS type.

Claims

: å ﬁ

Digital transmission equipment according to claim 1, characterized by: i44si1z9 D Ä e ß Patent digital equipment with: g - coding equipment with means for dividing an information string in telegrams and each telegram in words; 7 decoding equipment; and Ii Z synchronizing means; means by which each word is repeated at least once, e t e c k n a d of the combination of the following features: means providing an exclusive-or-composition of each word and word repetition of each part of a pre-agreed bit pattern with a high autocorrelation coefficient; DI "means which, in decoding, excludes-or-composes each word or word repetition each with its own part of the same bit pattern; such identity is accepted as a correctly received word but, if identity does not exist, rejects the word; means by which found identity is also used as synchronization information.In digital transmission equipment according to claim 1, there may be a sign of: means by which each word in the telegram is repeated a number of times before the next word in the telegram is sent. 'means by which a telegram is made up of sequences which are repeated a number of times and each of which consists of two or more words. Digital transmission equipment according to claim 1, characterized by: means by which the comparison of two words in a repetition sequence are performed systematically and interrupted as soon as two equal words are found. transmission equipment according to claim ll characterized by: means by which a telegram is recovered by a number of repeated systematic identity-resulting comparisons of two or more words depending on the telegram length.f Z Digital transmission equipment according to claim 1, characterized by: means by which the comparison of the repeatedly occurring words in a telegram are combined to achieve a reduction in the number of necessary comparisons. ~ (few M3 * 448 139 Digital transmission equipment according to claim 1, characterized by: means by which one. telegrams are rejected as false if only one of the repeated systematic comparisons or combination of comparisons does not result in identity.