DE2246826A1 - System zur gesicherten blockweisen uebertragung von binaer codierten daten - Google Patents

Description

LICENTIA Patent-Verwaltungs-GmbH, 6 Frankfurt 70

21. September 1972 PT-KN W-S/rο

System zur gesicherten blockweisen Übertragung von binär codierten Daten

Die Erfindung betrifft ein System zur gesicherten blockweisen Übertragung binär codierter Daten von einem Sender zu einem Empfänger mit Fehlerkorrektur durch Rückübertragung von "Richtig"- und "Falsch"-Quittungen über einen Rückkanal vom Empfänger zum Sender und nochmalige Aussendung mindestens jedes durch eine Falsch-Quittung als gestört empfangen gemeldeten Datenblocks aus einem senderseitig vorgesehenen Speicher, der mindestens die zuletzt während einer vollen Schleifenlaufzeit (Hin- und Rück-Kanal) des Systems ausgesandten L Datenblöcke aufnimmt und ist dadurch gekennzeichnet, daß empfangsseitig Verzögerungsmittel, insbesondere ein Speicher, für eine Anzahl L Datenblöcke vorgesehen sind, derart, daß die empfangenen Blöcke erst um mindestens L Blöcke verzögert ausgegeben werden, und daß bei Empfang eines fehlerhaften Blockes nur dieser verworfen wird und die Rücksendung einer Falschquittung

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zum Sender bewirkt wird, daß der daraufhin eintreffende (L+l)-te Block geprüft wird, und bei Fehlerfreiheit

dieser Block anstelle des verworfenen unter Umgehung der Verzögerungsmittel direkt ausgegeben wird, und daß am Sender nach Erhalt einer Falschquittung nur der um L+l Blöcke vorher ausgesendete Block aus dem senderseitig vorgesehenen Speicher wiederholt ausgesendet wird.

Zur sicheren Übertragung von - meist in binärer Form vorliegenden - Daten auf gestörten Kanälen werden heute hauptsächlich zwei Verfahren angewandt, die beide im wesentlichen auf der redundanten Codierung beruhen: dies sind erstens die Vorwärtskorrekturverfahren, bei denen die Korrektur selbsttätig aufgrund der Redundanz am Empfangsort erfolgt, und zweitens die Wiederholverfahren, bei denen die Korrektur durch eine vom Empfänger mittels einer Quittung angeforderten Wiederholung der verfälscht angekommenen Daten erfolgt.

Wiederholverfahren, auf die sich die im folgenden erläuterte Erfindung bezieht, erfordern im allgemeinen wesentlich weniger Aufwand als Vorwärtskorrekturverfahren. Sie werden bevorzugt auf bündelgestörten Kanälen, wie sie z.B. die Telefonleitungen des öffentlichen Wählnetzes darstellen,

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eingesetzt. Eine wesentliche Bedingung für Wiederholverfahren ist das Vorhandensein eines Rückkanals, der eine Quittungsübertragung vom Empfänger zurück zum Sender ("richtig" - "falsch") zuläßt. Weiterhin müssen die bei Wiederholungen auftretenden Nachrichten-Verzögerungen für das System tragbar sein.

Man unterscheidet zur Zeit im wesentlichen zwei Verfahren, die beide mit sog. Blocksicherung arbeiten und die kontinuierliche Aussendung von Datenblöcken gestatten: das "Wechselspeicher-System" und das "Laufzeit gesteuerte System".

Beim "Wechselspeicher-System" werden alternierend aus zwei sendeseitigen Speichern Datenblöcke ausgesendet, die jeweils durch einen redundanten, zyklischen Blockcode geschützt sind. Die Blocklänge ist dabei so zu bemessen, daß, bevor ein Block ganz ausgesendet ist, die Quittung von dem vorhergehenden eingetroffen sein muß. Das bedeutet also, daß die Blocklänge mindestens der sog. Schleifenlaufzeit entsprechen muß, um eine kontinuierliche Übertragung zu ermöglichen. Auf der Empfangsseite sind ebenfalls zwei Speicher von Blocklänge vorgesehen, in die alternierend die empfangenen Blöcke eingespeichert, aus denen sie wieder ausgegeben werden» Bei einer Wiederholung verzögert sich die Ausgabe um eine Blocklänge, d.h. etwa eine Schleifenlaufzeit, wenn keine besonderen Pufferspeicher vorgesehen sind. Der gesamte Speicheraufwand entspricht somit etwa der vierfachen Schleifenlaufzeit.

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Bei diesem System ist die Blocklänge von der Schleifenlaufzeit bestimmt und kann meist nicht optimal an den Kanal angepaßt werden. Bei langen Laufzeiten und starken Störungen geht der Datendurchsatz schnell zurück, da das System wegen der hohen Störanfälligkeit der langen Blöcke viel Zeit für Wiederholungen braucht und schließlich in Dauerwiederholungen stecken bleibt.

Beim "Laufzeitgesteuerten System" kann die Blocklänge unabhängig von der "Schleifenlaufzeit¹¹ gewählt werden. Die Blöcke werden kontinuierlich ausgesendet und gleichzeitig in einen Pufferspeicher geschoben, dessen Kapazität der maximal zu erwartenden Laufzeit entspricht· Mit Hilfe der auf dem Rückkanal eintreffenden Quittungen wird die Schleifenlaufzeit gemessen und die entsprechende Zahl von Blöcken im Sendespeicher markiert. Im Falle einer Wiederholungsanforderung wird nur diese Zahl wiederholt. Der Empfänger benötigt keine besonderen Speicher mehr; der Speieheraufwand entspricht also der einfachen Laufzeit.

Ein Nachteil dieses Systems besteht darin, daß auch bei nur einem gestörten Block danach noch die gesamte während der Schleifenlaufzeit ausgesendete Zahl von Blöcken - unabhängig davon, ob sie gestört waren oder nicht - wiederholt wird* Dies verschlechtert - insbesondere bei großen Laufzeiten und starken Störungen - erheblich den Datendurchsatz, einmal

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wegen der unnötig wiederholten Blöcke und zum anderen weil diese Blöcke bei der Wiederholung gestört werden können, und damit zu einer neuen Wiederholung führen, obwohl sie bei der ersten Übertragung richtig waren.

Das Ziel der Erfindung ist also, den Datendurchsatz(auch

effektive Übertragungsrate genannt) unabhängig von der Schleifenlaufzeit zu machen. Dazu muß. die Blöcklänge optimal an den Kanal angepaßt werden und unabhängig von der Laufzeit sein, und die Wiederholmenge muß nur die wirklich gestörten Blöcke umfassen, also ebenfalls unabhängig von der Laufzeit sein, wie die eingangs geschilderte Erfindung es fordert.

Ein solches System gemäß der Erfindung ist in der - Zeichnung schematisch dargestellt. Die Datenquelle 1 liefert die zu übertragenden Daten z.B. in serieller, binärer Form und möge von außen her zu starten und anzuhalten sein. Der von der Quelle 1 ausgehende Datenstrom wird, in Blöcke von je k Bits unterteilt, über einen Schalter 2 einem Codierer 3 zugeführt, in dem die Datenblöcke zu Codeblöcken aus η Bits ergänzt werden. Die Blocklänge η wird nach Möglichkeit optimal gewählt, und zwar einerseits im Hinblick auf eine möglichst niedrige relative Coderedundanz, —^- , und andererseits auf eine möglichst geringe Störanfälligkeit auf dem Übertragungekanal hin. Angestrebt wird dabei eine bestimmte Sicherheit gegenüber

nicht erkennbaren Übertragungsfehlern (z.B. eine Fehlerquote -.8

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Die Informationsblöcke von der Länge k Bit werden gleichzeitig in einen Puffer-Speicher 4 geschoben, der aus insgesamt L

max

Teilspeichern der Länge k besteht. Durch einen Schalter 5 kann die Anzahl von L Blöcken eingestellt werden, die der jeweiligen Schleifenlaufzeit entspricht (L L ). Dies ge-

nax

schieht in Abhängigkeit vom Eintreffen von Quittungssignalen durch die Steuerung 6.

Aue dem Codierer 2 gelangen die Codeblöcke nach einer gewissen Verzögerung, entsprechend der Laufzeit des Übertragungskanals in den Decodierer 8 auf der Empfangsseite· Dieser
Decodierer prüft die Blöcke mit Hilfe ihrer Redundanzbits auf Übertragungsfehler, befreit sie von den Redundanzbits und schiebt den Informationsteil über einen Schalter 9 in einen empfangsseitigen Puffer-Speicher 10, der entsprechend Speicher k aufgebaut ist. Die Information gelangt aus dem Speicher über die Schalter 11 und 12 an die Datensenke 13 (diese möge z.B. ähnlich der Quelle 1 serielle, binäre
Information im vorgegebenen Rhythmus aufnehmen)· Die Umstellung der Schalter und die Taktgabe geschieht in Abhängigkeit von den FehlerSignalen des Decodierers 8 und eines Signalqualitätsdetektors 15 in einer Empfängersteuerung 16.

Für jeden empfangenen Datenblock wird eine Quittung - je nachdem, ob der Block "richtig" oder "falsch" empfangen worden ist ·

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über einen Rückkanal lA an den Sender zurückgeschickt und dort von der Steuerung 6 ausgewertet. Die Quittung kann z.B. aus den Aussagen des Decodierers und eines sog. Signalqualitätsdetektors resultieren. Diese Quittung trifft nach einer gewissen Laufzeit beim Sender ein. Die Zahl L von Blöcken, die von der Aussendung eines bestimmten Blocks an bis zu dem Block, bei dem die Quittung des zuerst ausgesendeten Blocks vollständig empfangen worden ist, wird mit Schleifenlaufzeit bezeichnet. Wird z.B. der Block Nr. 1 ausgesandt und trifft die vollständige Quittung für diesen Block während der Aussendung des Blockes Nr. 6 ein, dann ist L = 6. Auf diese Weise kann bei Eintreffen einer Falschquittung entschieden werden, welcher Block wiederholt werden soll.

Voraussetzung des dem neuen System zugrunde liegenden Verfahrens ist somit, daß Sender und Empfänger die Schleifenlaufzeit, d.h. die Größe L kennen. Weiterhin sei zunächst angenommen, daß auf dem Rückkanal keine Fehler auftreten.

Die Laufzeitmessung kann z.B. von Sender und vom Empfänger unabhängig voneinander im Rahmen des sog. "Anfangsritual" während des Aufbaus der Übertragungsetrecke und des Beginns der Übertragung vorgenommen werden. Zusätzlich kann vom Sender das Ergebnis seiner Messung auf den Empfänger über-

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tragen werden und von diesem mit seiner eigenen Messung verglichen werden. Der Empfänger kann aber auch vollständig auf eine eigene Laufzeitmessung verzichten und den Vert L vom Sender mitgeteilt bekommen.

Das "Anfangsritual" kann z.B. folgenden Verlauf haben: die Sendestation beginnt die Übertragung mit der Aussendung von sog. Synchronisationsblöcken. Diese Blöcke können z.B. durch zulässige Codewörter des verwendeten Sicherungscodes gebildet werden. Sie mögen zum Teil aus einem Festmuster und zum Teil aus einem variablen Muster bestehen· Das Fest· muster dient zur Gewinnung des Blockrasters des Sicherungscodes. Das variable Muster dient zur Übertragung von verschiedenen Informationen, z.B. von evtl. notwendigen Svnchronisationszeichen des verwendeten Übertragungscodes, von Adreßzeichen zur Auswahl des richtigen Endgerä'tes u.a. Weiterhin kann darin der Sender dem Empfänger das Ergebnis seiner Schleifenlaufzeitmessung mitteilen.

Die ausgesendeten Synchronisationsblöcke mögen zunächst abwechselnd Synchronisationszeichen und Adresse enthalten - wenn der variable Teil lang genug ist, auch beide gleichzeitig. Anhand dieser Synchronisationsblöcke nimmt der Empfänger zunächst die Bit- und anschließend die Blocksynchronisation vor. Damit ist auch automatisch der Zeichentakt und die Endgeräteadresse bekannt» Ein Synchronisationsblock

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wird nur dann am Empfänger angenommen, wenn eine Überprüfung durch Sicherheitscode und Signalqualitätsdetektor Fehlerfreiheit ergab. Nach dem Empfang des ersten fehlerfreien Svnchronisationsblockes beginnt der Empfänger im Blockraster '•Richtigquittungen" über den Rückkanal lA auszusenden.

Diese Quittungen dienen dem Sender zur Synchronisation des Rückkanals. Sobald diese erfolgt ist, wird vom Sender ein Synchronisationsblock ausgesendet, dessen variabler Teil z.B. die Zahl "0" enthält. Diesem Block folgen Blöcke, die z.B. die Zahl "1" enthalten. Außerdem zählt der Sender alle ausgesendeten Blöcke, beginnend mit dem mit der Zahl "0" (Beginn der Laufzeitmessung). Sobald der Empfänger den Block mit der "O" erkannt hat, beginnt er "Falschquittungen" auszusenden und zählt sie (Beginn der Laufzeitmessung im Empfänger).

Nach Empfang der ersten "Falschquittung" stoppt der Sender die Zählung: der Zählerstand enthält die der Schleifenlaufzeit entsprechende Zahl L. Diese Zahl,"die größer als 1 ist, wird dem Empfänger mit dem nächsten Synchronisationsblock mitgeteilt. Nach diesem Block wird sofort mit der eigentlichen Übertragung begonnen.

Die Messung am Empfänger gestaltet sich so, daß sobald der Empfänger einen Synchronisationsblock mit einer Zahl, die

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größer als 1 ist, erhält, stoppt er die Quittungszählung und vergleicht den Zählerstand mit der im Synchronisations» block empfangenen Zahl. Bei Übereinstimmung wird eine "Richtigquittung" ausgesendet und auf normalen Empfang umgeschaltet.

Wie oben angegeben, kann im Empfänger auf den Laufzeitver gleich oder überhaupt auf die gesamte Laufzeitmessung auch verzichtet werden und die im letzten Synchronisationsblock übertragene Zahl L zur Einstellung der Laufzeit verwendet werden.

Die geforderte Sicherheit des Rückkanals kann z.B. durch eine synchrone Quittungsübertragung erreicht werden. Außerdem dauert jede Quittung so lange, wie ein Codeblock auf dem Hauptkanal. Zur Aufrechterhaltung des Synchronismus kann z.B. die "Richtigquittung¹¹ darin bestehen, daß "0" und "1" alternierend übertragen werden und bei "Falschquittung" in der gerade anliegenden Polarität verharrt wird. Eine andere Möglichkeit ist die, ein oder mehrere Zeichenwechsel pro Datenblock in einer definierten Phasenlage als "Richtigquittung" auszusenden und bei "Falschquittung" diese Phasenlage z.B. um l80 zu verschieben.

Zur sicheren Auswertung jeder empfangenen Quittung kann über die Quittungsdauer integriert werden mit anschließender

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.Mehrheitsentscheidung ("integrate and dump")? die Integration kann sowohl analog als auch durch Abtasten, und Zählen erfolgen (digital)»

Nun zu -Einzelheiten der Übertragung bzw. des Wiederhol» mechanismus¹ * Zu Beginn der· Übertragung werden, die Speicher und 10 mit Hilfe der Schalter 5 bzw«, 8 auf eine Länge von L Blöcken eingestellt, wobei davon ausgegangen wird₅ daß sich die Laufzeit während der Übertragung nicht wesentlich

ändern möge. Beide Speicher.-können also gerade die'Zahl von Blöcken speichern, die während einer Laufzeitperiode übertragen wird. Da der L-te Block im Essjpfäager üblicherweise im Decodierer gespeichert ist, kamsa der Speicher 10 gegebenenfalls um einen Block kürzer seisio Am Essjpfasigsoirt werden die Blöcke also um die Sdhleif einlauf seit ^rerzögert gegenüber ihrem Eintreffen ausgegebene

Trifft nun während der Übertragung ein falscher Block ein, so wird dieser verworfen und die Information im Speicher um eine Blockdauer festgehalten° Der gerade sur Ausgabe an= stehende Block wird unterdrückt und außerdem wird während= dessen eine "Falschquitttuig" ausgesendet ο Wesm der Sender diese Falschquittung erhalten bat, stellt der betreffende, falsch empfangene Block gerade aur Ausgabe am Speicher 4 am₀ Zur Wiederholung dieses Blockes wird, während die Quelle i

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angehalten wird, der Schalter 2 von der Normaleteilung N umgelegt in die Wiederholstellung V und dieser Block erneut codiert und ausgesendet. Nach diesem Block wird, vorausgesetzt es treffen "Richtigquittungen" ein, wieder normal übertragen, d.h. der Schalter 2 in Stellung N gelegt und die Quelle 1 wieder eingeschaltet. Im Empfänger liegt der wiederholte Block gerade dann am Eingang des Speichere 10 an, wenn der ursprüngliche, gestörte, an seinem Ausgang zur Ausgabe bereitsteht. Anstelle des gestörten Blockes wird nun durch Umlegen der Schalter 9 und 12 in Stellung W der wiederholte Block ausgegeben und zwar genau an der richtigen Stelle in den Datenstrom für die Senke eingefügt (der wiederholte Block muß natürlich fehlerfrei sein).

Da bei diesem "vollsynchronen" System die Laufzeit bekannt und eine Quittungsverfälschung genügend unwahrscheinlich ist, kann die Wiederholmenge auf das absolute Minimum, nämlich den gestörten Block, beschränkt werden. Die Wiederholung muß auch nicht durch besondere Maßnahmen, z.B. "Synchronisationszeichen" usw., angekündigt und markiert werden, wie dies bei bekannten Verfahren der Fall ist.

Die beiden Speicher k und 10 sind für die maximal zu überbrückende Schleifenlaufzeit L auezulegen. Damit der Empfänger "weiß", wann der gestörte Block am Ausgang von 10

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anliegt und wann also die Schalter 9 und 12 umgeschaltet werden müssen, um den wiederholten Block direkt auszugeben, wird zweckmäßigerweise jedem Informationsblock - bestehend aus k Bits - nach der Decodierung in Decodierer 8 ein Quittungsbit vorangestellt, z.B. eine "0" für "richtig". Ist der einzuspeichernde Block jedoch "falsch", so wird nur die entsprechende Quittung, z.B. eine "1", im Speicher an der betreffenden Stelle eingespeichert, der Blockinhalt selbst jedoch nicht. Der Speicher 10 besteht dann also

aus L Abschnitten mit jeweils k Bits, max

Ein kritischer Fall für das beschriebene System liegt dann vor', wenn der wiederholte Block nochmals gestört ist, da dann die Kapazität des Empfangsspeichers 10 überschritten wird. Es sind folgende Auswege möglich:

1. Wenn zulässig, den Block fehlerhaft und evtl. mit einer Fehlermarkierung markiert ausgeben;

2. Einen zweiten, bzw. i (bei i-fach-Wiederholung desselben Blockes), Speicher entsprechend dem Speicher 10 vorsehen;

3. Die gesamte Übertragung solange anhalten bis der. gestörte Block sicher empfangen wordön ist. Dies bedeutet zwar einen gewissen Verlust an Übertragungsrate, der jedoch im allgemeinen vernachlässigbar' sein wird.

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Zweckmäßig kann eine kombinierte Lösung nach 2» und 3. sein, z.B. derart, daß nach einer 2-fach-Wiederholung die Übertragung angehalten wird bis der gestörte Block richtig übertragen ist.

Wie schon erwähnt, kann es vorteilhaft sein, nach einer Zweifachwiederholung den Wiederholmodus umzuschalten. Ist ein wieder· holter Block wieder gestört, so sendet der Empfänger bis zum ungestörten Empfang dieses Blockes nur Falschquittungen aus« Alle nach dem zum zweitenmal gestört eintreffenden Block einlaufenden L-I Blöcke werden also auf jeden Fall verworfen, da für sie im Empfänger keine Speicherkapazität vorhanden ist. Sobald der Sender für denselben Block die zweite Wiederholanforderung bekommt, stoppt er die Quelle 1 und wiederholt den Inhalt des Speichers k solange, bis die erste Richtigquittung für diesen Block eintrifft. Dann erst wird die Quelle 1 wieder eingeschaltet und die Übertragung normal fortgesetzt.

Da die nach dem zum zweitenmal wiederholten Block ausgesendeten L-I Blöcke vom Empfänger sowieso verworfen werden, besteht eine vorteilhafte Abänderung darin, anstatt dieser Blöcke immer wieder den zu wiederholenden Block auszusenden· Die Wahrscheinlichkeit einer erneuten Verfälschung ist dann i.a. wesentlich geringer, da in vielen Fällen mindestens einer von den L Blöcken ungestört sein wird.

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Diese Variante ist vor allem bei großen Laufzeiten und einer relativ hohen Mehrfachwiederholrate sehr vorteilhafte Eine weitere Verbesserung kann dadurch erreicht werden, daß die gestört eintreffenden (mindesteins L) Blöcke nicht verworfen, sondern - zumindestens Z - abgespeichert werden« Aus diesen Z abgespeicherten Blöcken wird der gesendete durch eine bitweise Majoritätsentscheidung rekonstruiert« Dies kann sowohl nur für den Informationsteil als auch - bei gesteigerter Sicherheit - für den gesamten Codeblock erfolgen? im letzteren Fall wird dieser rekonstruierte Block moehmals vom Decodierer geprüft, ob er auch ein zulässiges Codewort darstellt·

Zu Majoritätsentscheidung kann man entweder die ersten eintreffenden Z Blöcke verwenden oder sie nach eiraosu bestimmten Schema auswählen, z.B. nur jeden zweiten nehmen,»" Die Auswahl, welche Z Blöcke zur Rekonstruktion verwendet werden sollen, kann auch vom Signalqualitätsdetektor getroffen werden? es werden dann nur die genommen, die 'einen bestimmten Störungsgrad nicht.überschreiten.

Weiterhin können die für die Majoritätsentscheidung herangezogenen Bits noch vom Signalqualitätsdetektor mit Hilfe eines "Zuverlässigkeitsmaßes", z.B. 0 - 0,25 - 0*5 - 0*75 - I₅ je nach Störungsgrad gewichtet werden. Ist es dem Empfänger möglich, die Rekonstruktion aus Z <£ L Blöcken immer mit ge-

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nügender Sicherheit durchzuführen, so braucht der Sender nach dem Aussenden dieser Z gleichen Blöcke, deren Quittung nicht mehr abzuwarten und kann anschließend sofort neue Information übertragen.

Unter Umständen ist es technisch vorteilhaft, die beiden Speicher 4 und 10 nicht in ihrer Speicherkapazität variabel zu gestalten, sondern sie als rein statische Verzögerungsleitungen oder Schieberegister der Länge L auszuführen. Bei dieser Version werden die Quittungen im Empfänger (oder auch im Sender) mit Hilfe einer variablen Verzögerungsleitung um L -L Blöcke verzögert, so daß die gesamte Laufmax

zeit immer L entspricht, max

Bisher war vorausgesetzt, daß sowohl die Laufzeit L im Sender und im Empfänger exakt bekannt ist, und daß die Quittungen mit einer vernachlässigbaren Fehlerhäufigkeit übertragen werden. Ist dies nicht der Fall, so können sowohl unerwartete und unnötige Wiederholungen auftreten als auch angeforderte Wiederholungen nicht ausgeführt werden. Es ist also für den Empfänger notwendig, daß er echte Wiederholungen als solche erkennt. Dazu kann z.B. jeder übertragene Datenblock mit einem vorangestellten Extra-Bit versehen werden, welches anzeigt, ob der Block wiederholt wird. Es kann auch jede Wiederholung mit einem besonderen "Wiederholbeginn-Block" - dieser kann z.B. der bei Übertragungebeginn zur Blocksynchronisation

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verwendete "Synchronisationsblock'¹ sein - eingeleitet werden. Welche Methode zweckmäßiger ist, hängt vor allem von der zu erwartenden Wiederholrate ab. Zur weiteren Kontrolle können im Empfänger die .Blöcke und im Sender deren Quittungen , modulo L gezählt werden. Bei einer Wiederholung teilt der Sender dem Empfänger - z.B. im Wiederholbeginn-Block diese Nummer mit und der Empfänger vergleicht sie mit seiner eigenen.

Besonders kritisch ist der Fall, daß eine Falschquittung in eine Richtigquittung verfälscht wird, also eine angeforderte Wiederholung nicht ausgeführt wird. Da dies der Empfänger erst nach der Laufzeit merkt und dann erst wieder eine weitere Wiederholung anfordern kann, müssen soviele Laufzeitperioden von Datenblöcken im Sender und im Empfänger abgespeichert werden können als dieselbe Falschquittung hintereinander, verfälscht werden kann.

Im allgemeinen wird es günstiger sein," durch geeignete Codierung die Verfälschung einer Falsch- in eine Richtigquittung auf Kosten der Verfälschung einer Richtig*· in eine Falschquittung genügend unwahrscheinlich zu machen. In diesem Fall treten höchstens zuviel Wiederholungen auf, was weiter keine Schwierigkeiten macht. Der Datendurchsatz wird dabei im allgemeinen nicht wesentlich verschlechtert.

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Dies kann z.B. so geschehen, daß eine Quittung nur dann als "richtig" anerkannt wird, wenn sie von ihrem Sollwert nur "geringfügig" (Schwelle vorgeben) abweicht. Übersteigt die Verzerrung der empfangenen Quittung ein bestimmtes Maß, so wird sie als Falschquittung ausgewertet. Man kann aus Einfachheitsgründen auch auf die Quittungssynchronisierung im Sender verzichten. Man überträgt dann zweckmäßigerweise z.B. für "richtig" die "0" und für "falsch" die "1". Die empfangenen Quittungen werden im Sender synchron zum Datenblockraster abgefragt. Vorteilhaft wird man dabei wieder an die Richtigquittung härtere Bedingungen als an die Falsch· quittung stellen, um das Vortäuschen der ersteren genügend unwahrscheinlich zu machen.

Da die empfangenen Quittungen im allgemeinen nicht mit dem Sendeblockraster phasengleich sind, spielt bei der Auswertung einer Quittung auch noch die nachfolgende eine Rolle. Das heißt, es kommt dann zu einer Wiederholung, wenn eine Quittung und/oder die nachfolgende als Falschquittung interpretiert werden. Dies verschlechtert aber nur geringfügig die Effektivität der Übertragung.

Zum Abschluß sei noch darauf hingewiesen, daß das vorgeschlagene System auch eine Vo11-Duplex-Übertragung zuläßt· Dabei enthalt en die Datenblöcke in der einen Richtung die

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Quittungen über die Datenblöcke in der anderen Richtung. Die Quittung kann z.B. als zusätzliches Zeichen in jedem Datenblock enthalten sein (Verlust von einer Informationsstelle pro Block).

Außer den in den nachfolgenden Ansprüchen niedergelegten Kennzeichen werden noch folgende Merkmale als erfinderisch betrachtet:

1) daß im Empfänger noch i (i^ l) zusätzliche Speicher entsprechend Speicher k vorgesehen sind und daß es damit ermöglicht wird, bis zu i+1 mal denselben gestörten Block entsprechend Anspruch 1 zu wiederholen und daß erst ab der (i+l)-ten erforderlichen Wiederholung auf den in Anspruch 2 angegebenen Modus umgeschaltet wird,

2) daß für i = 1 die richtig empfangenen Informationsblöcke zusammen mit ihrer •'Richtigquittung" über Schalter 2 (in Stellung l) zuerst in den Speicher k geschoben und nach L-I Abschnitten über Schalter 5 und 9 (in Stellung l) in den zweiten Speicher 10, der ebenfalls nach L-I Abschnitten der Länge k+1 über Schalter 11 angezapft und mit der Stellung .1 von Schalter 12 verbunden ist, geschoben werden und somit nach einer Verzögerung von insgesamt 2(L-I) Blöcken an die Senke ausgegeben werden, daß bei Ankunft eines fehlerhaften Blockes dieser verworfen und

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nur seine "Falschquittung" in 4 eingespeichert wird, daß nach Eintreffen des wiederholten Blockes dieser bei Fehlerfreiheit direkt in einen zweiten Speicher eingegeben wird, daß bei erneuter Fehlerhaftigkeit der Block wieder verworfen und nur seine "Falschquittung¹¹ in den zweiten Speicher eingegeben wird, daß nach Eintreffen des zum zweitenmal wiederholten Blockes dieser bei Fehlerfreiheit direkt an die Senke ausgegeben wird und daß bei einer erneuten Fehlerhaftigkeit das System in einen Modus entsprechend Anspruch 2 umgeschaltet wird,

3) daß als Informationsspeicher entweder nur Speicher mit einer Länge von L Abschnitten, jedoch ohne Anzapfungen oder nur mit Anzapfungen nach jeweils a (l<a<L /2)

max

Abschnitten verwendet werden und daß dafür die Quittungen um den entsprechenden Betrag verzögert werden, so daß die Schleifenlaufzeit insgesamt auf den Vert L oder den

max

nächstgroßen Wert von L₁ welcher sich mit den Abschnitten der Länge a einstellen läßt, vergrößert wird,

k) daß die bei einer Mehrfachwiederholung unmittelbar hinter- ' einander L gleichen ausgesandten Blöcke im Falle ihrer fehlerhaften Ankunft vom Empfänger nicht verworfen, sondern - zumindestens Z - abgespeichert werden, und daß versucht wird, den Informationsteil des Z-mal gestörten Blockes durch eine bitweise Majoritätsentscheidung über all Z Blöcke zu rekonstruieren,

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5) daß zur Erhöhung der Sicherheit mit Hilfe der bitweisen Ma'joritätsentscheidung der gesamte Datenblock incl. Redundanz rekonstruiert und anschließend vom Decodierer nochmals auf Fehler überprüft wird.

6) daß zur Verminderung des Speicheraufwandes und zur Erhöhung der Sicherheit die Z Blöcke mit den geringsten Störungen, bzw. mit Störungen, die unter einem vorgegebenen Schwellwert liegen, von einem Störungsdetektor ausgewählt werden,

7) daß die abgespeicherten Bits von einem Störungsdetektor mit einem Zuverlässigkeitsfaktor gewichtet werden und so ihr Einfluß bei der Majoritätsentscheidung entsprechend ihrem Störgrad ist,

8) daß bei genügend sicherer Rekonstruktion des mehrfach gestörten Blockes aus den Z Blöcken der Sender die entsprechende "Richtigquittung" nicht mehr abwartet und nach Aussenden der notwendigen Zahl von gleichen Blöcken die Übertragung sofort normal fortsetzt,

9) daß zu Beginn der Übertragung von der Sendestation sog. Synchronisationsblöcke', welche ein Codewort des verwendeten Sicherungscodes darstellen und deren Informationsstellen aus einem festen Muster zur Blocksynchronisation für die Codeblöcke und einem variablen Muster zur Übermittlung von Adreß- und Synchronisationszeichen für den Übertragungscode sowie von der gemessenen Laufzeit bestehen,

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ausgesendet werden, wobei sie zunächst nur Synchronisations- und/oder Adreßzeichen enthalten, daß der Empfänger nach erfolgter Synchronisation anhand eines ungestörten Blockes beginnt "Richtigquittungen" auszusenden, daß der Sender zunächst anhand der "Richtigquittungen" eine Synchronisation des Rückkanals vornimmt, daß anschließend ein Synchronisationsblock, der z.B. die Zahl "0" enthält und anschließend Blöcke, die z.B. die Zahl "1" enthalten ausgesendet und daß alle diese Blöcke gezählt werden, daß der Empfänger nach Erkennen des Blockes mit der Zahl ¹¹O" "Falschquittungen" aussendet, welche ebenfalls gezählt werden, daß der Sender nach Eintreffen der ersten "Falschquittung" die Nummer (Zählerstand) des gerade ausgesendeten Blockes als Schleifenlaufzeit L auffaßt, die entsprechenden Einstellungen vornimmt und dem Empfänger diese Nummer im nächsten Synchronisationsblock mitteilt und sofort mit der Informationsübertragung anschließt und daß der Empfänger nach Eintreffen eines Synchronisationsblockes, welcher eine Zahl größer als 1 enthält, die Nummer der gerade ausgesendeten "Falschquittung" als seine Schleifenlaufzeit auffaßt und daß der Empfänger beide Nummern miteinander vergleicht und nur bei Übereinstimmung die nötigen Einstellungen vornimmt und eine "Richtigquittung¹¹ aussendet,

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— 2} —

10) daß als "Riehtigquittung" synchron zu den einlaufenden Blöcken vom Empfänger Zeichenwechsel, deren Frequenz die Hälfte der Blockfrequenz beträgt, ausgesendet werden, wobei jede Quittung solange dauert, wie der entsprechende Block, daß als "Falschquittung" die Phase dieses Zeichenwechsels um l80 gedreht wird oder daß in der gerade anliegenden Polarität verharrt wird und daß der Sender zur sicheren Auswertung der Quittungen analog oder digital über eine Quittungsdauer integriert,

11) daß bei ungenügender Sicherheit der Quittungen die Sicherheit der "Falschquittung" gegenüber Verfälschungen auf Kosten der·Sicherheit der "Riehtigquittung" entsprechend erhöht wird und daß zur Markierung von - u.U. vom Empfänger unerwarteten - Wiederholungen jedem wiederholten Block ein besonderer Markierungsblock, welcher der zu Beginn der Übertragung.verwendete Synchronisationsblock sein kann, vorangestellt wird, und

12) daß die Quittungsabfrage synchron.zum Sendeblockraster des Hauptkanals vorgenommen wird und somit keine Synchronisation des Rückkanals erforderlich ist.

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Claims (4)

1. Patentansprüche

   flj System zur gesicherten blockweisen Übertragung binär codierter Daten von einem Sender zu einem Empfänger mit Fehlerkorrektur durch Rückübertragung von "Richtig"- und "Falsch"-Quittungen über einen Rückkanal vom Empfänger zum Sender und nochmalige Aussendung mindestens jedes durch eine Falsch-Quittung als gestört empfangen gemeldeten Datenblocks aus einem senderseitig vorgesehenen Speicher, der mindestens die zuletzt während einer vollen Schleifen laufzeit (Hin- und Rück-Kanal) des Systeme ausgesandten L Datenblöcke aufnimmt, dadurch gekennzeichnet« daß empfangsseitig Verzögerungsmittel, insbesondere ein Speicher, für eine Anzahl L Datenblöcke vorgesehen sind, derart, daß die empfangenen Blöcke erst um mindestens L Blöcke verzögert ausgegeben werden, und daß bei Empfang eines fehlerhaften Blockes nur dieser verworfen wird und die Rücksendung einer Falschquittung zum Sender bewirkt wird, daß der daraufhin eintreffende (L+l)-te Block geprüft wird, und bei Fehlerfreiheit dieser Block anstelle des verworfenen unter Umgehung der Verzögerungsmittel direkt ausgegeben wird, und daß am Sender nach Erhalt einer Falschquittung nur der um L+l Blöcke.vorher ausgesendete Block aus dem senderseitig vorgesehenen Speicher wiederholt ausgesendet wird.

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2. 2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Sender bei Anforderung .einer 2. Wiederholung desselben Blockes unmittelbar nach seiner 1. Wiederholung, dieser betreffende Block mehrmals nacheinander ausgesendet wird, bis sein ungestörter Empfang mit einer entsprechenden "Richtigquittung" vom Empfänger bestätigt wird und daß vom Empfänger nach Empfang eines zum zweitenmal nacheinander gestörten Blockes die Ausgabe an die Senke eingestellt und so lange "Falschquittungen" ausgesendet werden, bis der gewünschte Block ungestört eingetroffen ist und daß alle nach dem zum zweitenmal gestörten Block innerhalb einer Laufzeit eintreffenden Blöcke verworfen und nach dem dann ungestört eingetroffenen mehrfach¹ wiederholten Block eine Laufzeit lang "Richtigquittungen" ausgesendet und wieder alle folgenden einer Laufzeit entsprechenden Blöcke verworfen werden, und daß dann die übertragung fortgesetzt wird.
3. 3· Schaltungsanordnung zur senderseitigen Codierung für ein System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Quelle ausgegebene Information über einen Schalter (2) in Blöcken von jeweils k Bits einem Codierer zugeführt werden, der diese Blöcke entsprechend dem verwendeten Code in Codeblöcke der Länge η (n!?k) codiert, die übertragen werden, und daß ein Speicher (4) vorgesehen ist, dem die Informationsabschnitte der Länge k

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   gleichzeitig eingespeichert werden, und der eine Kapazität für mindestens so viel (L) Blöcke zu je k Bits besitzt, wie der Schleifenlaufzeit entspricht, und daß Mittel vorgesehen sind, die wirksame Speicherkapazität L jeweils vor Beginn der gesicherten Übertragung auf die Schleifenlaufzeit des Systems einzustellen, und daß weitere Mittel vorgesehen sind, die bei Anforderung einer Wiederholung durch den Empfänger mittels einer "Falschquittung" der nächste zu codierende und auszusendende Informationsblock nicht aus der Quelle, welche währenddessen angehalten wird, sondern durch Umlegen des Schalters (2) aus dem Speicher (Ό entnehmen.
4. 4. Schaltungsanordnung zur empfangsseitigen Decodierung für ein System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß zur Prüfung der eintreffenden Datenblöcke ein Decodierer (8) und/oder Störungedetektor (15) auf Übertragungsfehler vorgesehen ist, der bei Fehlerfreiheit eine "Richtigquittung" und sonst eine "Falschquittung" auf einem Rückkanal (l4) zum Sender aussendet, daß ein Speicher (lO) vorgesehen ist, in den die fehlerfreien Informationsblöcke der Länge k über einen Schalter(9) eingespeist werden, und der eine Kapazität von mindestens L Abschnitten der Länge k enthält, daß Mittel zur Einstellung der wirksamen Speicherkapazität auf die Schleifenlaufzeit L vorgesehen sind, daß Mittel vorgesehen sind,

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   die bei Erkennen von fehlerhaften Blöcken die als fehlerhaft angezeigten Blöcke verwerfen und an ihrer Stelle nur die "Falschquittung" in den Speicher (10) eingeben, und daß beim Erscheinen der "Falschqtaittung" am Ausgang des Speichers (10) der gerade im Decodierer zur Verfugung stehende wiederholte Block, falls dieser fehlerfrei ist, über Schalter (9) und (12) direkt an die Senke ausgegeben wirdo

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