DE4192982C2 - Fehlererkennungssystem - Google Patents

Description

Hintergrund und der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Fehlererkennungssysteme zur Erkennung von Fehlern bei diskret codierten Signalen, und bezieht sich insbesondere auf einen Frame-Indikator zum Erkennen schlechter Frames bei Informationssignalen, die von einem Empfänger empfangen wurden, der ausgelegt wurde, um diskret codierte Signale, die aus codierten Frames bestehen, zu empfangen.

Ein Kommunikationssystem, das zum Übertragen von Informationen betrieben werden kann, beinhaltet mindestens einen Übertrager und einen Empfänger, die miteinander über einen Übertragungskanal verbunden sind. Ein Funkkommunikationssystem ist ein Kommunikationssystem, bei dem der Übertragungskanal aus einem Funkfrequenzkanal besteht. Ein Übertrager, der auf dem Funkfrequenzkanal ein Informationssignal überträgt, muß das Informationssignal in eine Form umwandeln, die sich auf dem Funkfrequenzkanal übertragen läßt. Das Verfahren, mit dem das Informationssignal in eine Form, mit der es auf dem Funkfrequenzkanal übertragen werden kann, umgewandelt wird, wird als Modulation bezeichnet. Bei einem Modulationsverfahren wird das Informationssignal auf eine elektromagnetische Funkfrequenzwelle aufgeprägt. Die charakteristische Frequenz der elektromagnetischen Funkfrequenzwelle hat einen Wert, der bezüglich seiner Frequenz in einem Frequenzbereich liegt, durch den der Funkfrequenzkanal definiert wird. Die elektromagnetische Funkfrequenzwelle wird üblicherweise als Trägerwelle bezeichnet und die Trägerwelle wird, sobald sie mit dem Informationssignal moduliert wurde, als moduliertes Informationssignal bezeichnet. Das modulierte Informationssignal nimmt ein Frequenzband ein, daß sich um oder nahe der Frequenz der Trägerwelle befindet. Das modulierte Informationssignal kann drahtlos auf dem Funkfrequenzkanal übertragen werden, wodurch das Informationssignal zwischen dem Übertrager und dem Empfänger übertragen wird.

Es sind verschiedene Techniken zum Modulieren des Informationssignals auf eine Trägerwelle entwickelt worden. Derartige Techniken schließen Amplitudenmodulation (AM), Frequenzmodulation (FM), Phasenmodulation (PM) und komplexe Modulation (CM) ein. Ein Empfänger empfängt das modulierte und über den Funkfrequenzkanal übertragene Informationssignal und beinhaltet einen Schaltkreis zum Detektieren oder anderweiten Wiedergewinnen des Informationssignals von dem modulierten Informationssignal, das an ihn übertragen wurde. Dieses Verfahren wird als Demodulation bezeichnet. Typischerweise beinhaltet der Empfänger sowohl einen Demodulationsschaltkreis zum Demodulieren des empfangenen Signals als auch zusätzlich einen Herabwandlungsschaltkreis zum Herabwandeln der Funkfrequenz des modulierten Informationssignals.

Mehrere Übertrager können gleichzeitig zum Modulieren und Übertragen von Informationssignalen über verschiedene Funkfrequenzkanäle betrieben werden. Solange die von der Vielzahl der Übertrager übertragenen Signale auf verschiedenen Funkfrequenzkanälen übertragen werden, tritt kein Überlappen der gleichzeitig übertragenen Signale auf. Die Empfänger, die angeordnet sind, um die übertragenen Signale zu empfangen, enthalten Tuningschaltkreise, um nur die auf dem gewünschten Funkfrequenzkanal übertragenen Signale durchzulassen.

Das elektromagnetische Frequenzspektrum ist in Frequenzbänder unterteilt, von denen jedes einen Frequenzbereich des elektromagnetischen Spektrums definiert. Die Frequenzbänder sind weiterhin in Kanäle eingeteilt, wobei derartige Kanäle oben als Funkfrequenzkanäle bezeichnet wurden. Derartige Kanäle werden gelegentlich auch als Übertragungskanäle bezeichnet. Um die Interferenz zwischen gleichzeitig übertragenen Signalen zu minimieren, ist die Übertragung von Signalen auf den Kanälen auf bestimmten Frequenzbändern des elektromagnetischen Frequenzspektrums vorgeschrieben.

Beispielsweise ist in den Vereinigten Staaten ein Frequenzabschnitt von 100 MHz, der sich zwischen 800 MHz und 900 MHz erstreckt, für die Funktelefonkommunikation vorgesehen. Entsprechende Frequenzbänder sind in anderen geographischen Bereichen in ähnlicher Weise für die Funktelefonkommunikation vorgesehen. Die Funktelefonkommunikation kann beispielsweise durch Funktelefone, die in einem zellularen Kommunikationssystem benützt werden, verwirklicht werden. Derartige Funktelefone beinhalten Schaltkreise, die sowohl den Empfang als auch die Übertragung von modulierten Informationssignalen ermöglichen.

Ein zellulares Kommunikationssystem wird durch Positionieren einer Vielzahl von Basisstationen über voneinander beabstandete Bereiche über ein geographisches Gebiet gebildet. Jede Basisstation enthält einen Schaltkreis zum Empfangen modulierter Informationssignale, die von den Funktelefonen übertragen wurden und Schaltkreise zum Übertragen modulierter Informationssignale an Funktelefone.

Eine gewissenhafte Auswahl der Positionen, in denen die Basisstationen angelegt sind, erlaubt, daß zumindest eine Basisstation in dem Übertragungsbereich eines Funktelefons, das sich an irgendeiner Stelle in dem geographischen Gebiet befindet, liegt. Die Abschnitte eines geographischen Gebiets, die sich neben individuellen Basisstationen befinden, werden den individuellen Basisstationen zugewiesen und eine Basisstation und der geographische Bereichsabschnitt, der hier zugeordnet ist, werden als "Zelle" bezeichnet. Eine Vielzahl von Zellen, von denen jede einer Basisstation zugeordnet ist, bilden zusammen das geographische Gebiet, das von dem zellularen Kommunikationssystem erfaßt wird. Ein Funktelefon, das sich innerhalb der Grenzen einer Zelle des zellularen Kommunikationssystems befindet, kann modulierte Informationssignale zumindest zu einer Basisstation übertragen und von zumindest einer Basisstation empfangen.

Der ansteigende Gebrauch von zellularen Kommunikationssystemen hat dazu geführt, daß in vielen Fällen jeder Übertragungskanal in dem Frequenzband, das der zellularen Funktelefonkommunikation zugeordnet ist, voll genutzt wird. Als Ergebnis sind vielerlei Ideen zur effizienteren Nutzung der Funktelefonkommunikation zugeordneten Frequenzbandes vorgeschlagen worden. Eine effizientere Ausnutzung des Frequenzbandes das der Funktelefonkommunikation zugeordnet ist, erhöht die Übertragungskapazität eines zellularen Kommunikationssystems.

Ein derartiges Mittel, durch das die Übertragungskapazität des zellularen Kommunikationssystems erhöht werden kann, besteht in der Benutzung einer digitalen oder diskreten Modulationstechnik. Wenn ein Informationssignal in ein diskretes Format umgewandet wird, kann ein einzelner Übertragungskanal benutzt werden, um sequentiell mehr als ein Informationssignal zu übertragen. Da mehr als ein Informationssignal auf einem einzigen Übertragungskanal übertragen werden kann, kann die Übertragungskapazität des existierenden Frequenzbandes um ein Vielfaches von zwei oder mehr erhöht werden.

Typischerweise wird ein Informationssignal zuerst in ein diskretes Format (wie beispielsweise durch einen Analog-Digitalwandler) gewandelt und anschließend durch einige Codiertechniken noch vor der Modulation und Übertragung über den Übertragungskanal moduliert.

Das Codieren des Signals erhöht die Redundanz des Signals und derartige Redundanz erleichtert die genaue Feststellung des Signals sobald es am Empfänger empfangen wird. Ein Funkfrequenzkanal ist jedoch kein rauschfreier Übertragungskanal; daher können Rauschen und andere Übertragungsschwierigkeiten dazu führen, daß ein Empfänger ein anderes als das Signal, das von dem Übertrager übertragen wurde, empfängt. Da ein codiertes Signal Redundanzen enthält, kann der Empfänger meist, selbst wenn das codierte Signal durch die Übertragung verzerrt wurde, das tatsächliche Informationssignal reduzieren. Verschiedene Blockcodiertechniken und Faltungs-(convolutional)Codiertechniken sind entwickelt worden, um die genaue Wiedergewinnung eines Informationssignals zu erleichtern. Eine derartige Faltungscodiertechnik ist die Viterbi-Codiertechnik.

Wenn die Verzerrung des Übertragungssignals zum Empfang von Bursts von verzerrten Informationen am Empfänger führt, decodiert der Decoder in nicht richtiger Weise das empfangene Signal. Eine derartige unkorrekte Decodierung des empfangenen Signals führt zum Wiederherstellen eines anderen als des gewünschten Informationssignals durch den Empfänger.

Häufig werden Parity-Bits als Teil des codierten Signals, das von dem Übertrager übertragen wird, mit eingebaut. Wenn ein Empfänger ein codiertes Signal empfängt, das Parity-Bits aufweist, deren Werte von einer vorgeschriebenen Folge von Werten abweichen, so wird dieser Abschnitt des Signals vom Empfänger ignoriert. Es kann jedoch durch Zufallsprozesse auftreten, daß die Parity-Bits Werte einnehmen, die ein unverzerrtes Signal anzeigen und daß der Empfänger in unkorrekter Weise entscheidet, daß ein verzerrtes Signal richtig übertragen wurde und somit ein unkorrektes Signal wiederherstellt.

Beispielsweise können, wenn ein diskretes codiertes Signal aus einer Sequenz digital codierter Wörter (auch als Frames bezeichnet) besteht, Parity-Bits innerhalb ihrer Bits, die das Wort oder den Frame darstellen, verteilt oder verkettet werden. Wenn drei Parity-Bits für jedes Wort oder jeden Frame übertragen werden, können die Parity-Bits eine von acht Kombinationen einnehmen. Während ein Empfänger eine spezielle Wertekombination der Parity-Bits detektieren muß, um anzuzeigen, daß ein gültiges Signal von dem Empfänger empfangen wurde, kann durch Zufallsprozesse ein unerwünschtes Signal, wie beispielsweise ein Rauschsignal, Werte aufweisen, die mit der gewünschten Kombination der Parity-Bits korrespondieren. Wenn ein Nur-Rauschsignal von dem Empfänger empfangen wird, und der Empfänger die drei Parity-Bits für jedes Wort oder jeden Frame sucht, kann der Empfänger bei jedem achten Mal in unkorrekter Weise entscheiden, daß ein ungültiges Signal ein gültiges Wort ist.

Wenn eine Basisstation und ein Funktelefon in einem Verfahren, das als diskontinuierliche Übertragung (discontinuous transmission (DTX)) bezeichnet wird, kommunizieren, übertragen die Basisstation und das Funktelefon nur dann Information, wenn am Funktelefon Information detektiert wurde. In allen anderen Fällen befindet sich der Übertragungsteil des Funktelefons in inaktivem Zutand, um die Leistung des Funktelefons zu sparen, während der Empfängerabschnitt des Funktelefons aktiv bleibt, um den Empfang gültiger Informationen zu erkennen. Wenn jedoch die Basisstation keine Information an das Funktelefon überträgt (dies wird als Nichtübertragungsperiode bezeichnet), empfängt der Empfängerabschnitt des Funktelefons nur Rauschen.

Da durch Zusatzprozesse ein Nur-Rauschsignal von dem Empfänger bei jedem achten Mal als gültige Information interpretiert werden kann, wenn der Empfänger die Werte der drei Parity-Bits sucht, entscheidet der Empfänger in unkorrekter Weise jedes achte Mal, daß ein Rauschsignal ein gültige Informationssignal ist. Mit einer Wort- oder Frame-Rate von 217 Hz kann ein Nur-Rauschsignal in unkorrekter Weise 27mal pro Sekunde von dem Empfänger als gültiges Informationssignal erkannt werden. Eine derartige unkorrekte Erkennung durch den Empfänger resultiert in unerwünschten Rauschpegeln (manchmal akustisch wahrnehmbar als von dem Empfänger zu verarbeitendes "Quatschen").

Aus JP 63-132356 A2 ist ein Speicherzugriffssystem bekannt, bei dem eine von einer MPU erzeugte N-Bit-Auswahladresse von einem Decoder in ein Auswahlsignal für eine von zwei 2N-Spei­ cherbanken dekodiert wird und dieses Auswahlsignal an­ schließend von einer Codiereinrichtung wieder in die ursprüng­ liche Speicherbankadresse rückcodiert wird. Der Ausgang der Decodiereinrichtung wird bitweise mit der ursprünglichen, noch in einem Zwischenspeicher vorhandenen Speicherbankadresse ver­ glichen und eine Vergleichslogik erzeugt ein Fehlersignal, wenn die rückcodierte Speicherbankadresse von der ursprüngli­ chen Speicherbankadresse sich auch nur in einem Bit unter­ scheidet.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Funknach­ richtenempfänger anzugeben, der in der Lage ist, selbständig zu entscheiden, wann ein Frame oder Teil eines Frames trotz einzelner Bitfehler für die Rekonstruktion der übertragenen Information noch verwendet werden können und wann ein derarti­ ger Frame oder Teile dieses Frames nicht mehr brauchbar sind.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.

Weitere bevorzugte Ausführungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die vorliegende Erfindung kann besser im Zusammenhang mit den beiligenden Zeichnungen verstanden werden, bei denen darstellt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Kommunikationssystems zum Übertragen und Empfangen diskret codierter Informationssignale;

Fig. 2A eine Repräsentation eines Frames eines digital codierten Informationssignals;

Fig. 2B eine Repräsentation eines Frames eines digital codierten Informationssignals der Fig. 2A, der entsprechend einer Codiertechnik codiert wurde, um ein Signal mit Redundanzen zu bilden;

Fig. 2C eine Repräsentation eines Frames eines digital codierten Informationssignals, wie es von dem Empfänger empfangen wurde, und von einem Decoder gemäß einer Decodiertechnik entsprechend der Codiertechnik, die zum Codieren des digital codierten Informationssignal verwendet wurde, decodiert wurde;

Fig. 3 eine teils als funktionales Blockschaltbild, teils als Flußdiagramm dargestellte Repräsentation des Fehlererkennungssystems der vorliegenden Erfindung;

Fig. 4A eine Repräsentation eines einzelnen Frames eines von dem Empfänger empfangenen und von dem Fehlererkennungssystem der vorliegenden Erfindung rückcodierten Informationssignals;

Fig. 4B eine Repräsentation eines einzelnen Frames eines Signals in codierter Form, wie sie von dem Empfänger der vorliegenden Erfindung empfangen wurde;

Fig. 4C eine Repräsentation eines Vergleichssignals, das durch Vergleich zwischen Signalen, wie sie in den Fig. 4A und 4B gezeigt sind, erzeugt wurde, wenn diese dazu verwendet werden, um das Vorliegen einer fehlerhaften Information entsprechend dem Fehlererkennungssystem der vorliegenden Erfindung zu detektieren;

Fig. 5 eine teilweise als Blockschaltbild, teilweise als Flußdiagramm dargestellte Repräsentation eines Funktelefons, das gemäß der vorliegenden Erfindung ausgelegt ist, bei dem das Fehlererkennungssystem der vorliegenden Erfindung einen Teil bildet; und

Fig. 6 ein logisches Flußdiagramm zur Erläuterung der Schritte des Verfahrens der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform

Das Blockschaltbild der Fig. 1 zeigt ein Kommunikationssystem, das allgemein durch das Bezugszeichen 10 gekennzeichnet ist, welches zur Übertragung und zum Empfang diskreter codierter Informationssignale verwendet werden kann. Das Fehlererkennungssystem der vorliegenden Erfindung kann zum Erkennen der Zeiten verwendet werden, in denen fehlerhafte Informationen von einem Empfangsteil des Kommunikationssystems empfangen werden.

Eine Informationsquelle, die hier durch den Block 16 repräsentiert wird, repräsentiert die Quelle des Informationssignals, wie etwa eines Sprachsignals. Bei Fällen, in denen die Informationsquelle 16 aus einem Sprachsignal besteht, schließt die Informationsquelle 16 zusätzlich einen Transducer zum Umwandeln des Sprachsignals in eine elektrische Form mit ein. Das Informationssignal, wie es von der Informationsquelle 16 erzeugt wurde, wird dem Quellencoder 22 zugeführt. Der Quellencoder 22 wandelt das zugeführte Informationssignal, welches typischerweise ein analoges Format hat, in ein diskretes Signal. Der Quellencoder 22 kann beispielsweise aus einem Analog-Digital-Wandler bestehen, der ein digitales Signal erzeugt.

Das von dem Quellencoder 22 erzeugte diskrete Signal wird dem Kanalcoder 28 zugeführt. Der Kanalcoder 28 codiert das zugeführte diskrete Signal entsprechend einer Codiertechnik. Der Kanalcoder 28 kann beispielsweise aus einem Block- und/oder Faltungscoder bestehen. Der Kanalcoder 28 fungiert um das ihm zugeführte diskrete Signal in ein codiertes Format zu wandeln, um damit die Redundanz des diskreten Signals zu erhöhen. Durch Erhöhung der Redundanz des Signals führen Übertragungsfehler und andere Signalverzerrungen, die durch die Übertragung des Signals hervorgerufen wurden, mit geringer Wahrscheinlichkeit zu einer Verhinderung der Erkennung des tatsächlich übertragenen Signals durch den Empfangsteil des Kommunikationssystems 10.

Das von dem Kanalcodierer 28 erzeugte Signal wird dem Modulator 34 zugeführt. Der Modulator 34 wurde durch das ihm zugeführte Informationssignal entsprechend einer Modulationstechnik, wie beispielsweise eine der Modulationstechniken, wie sie oben erwähnt wurden moduliert. Der Modulator 34 erzeugt ein moduliertes Informationssignal.

Die Informationsquelle 16, der Quellencodierer 22, der Kanalcodierer 28 und der Modulator 34 bilden zusammen den Empfangsteil des Kommunikationssystems 10, der durch den gestrichelten Block 46 gekennzeichnet wird.

Das von dem Modulator 34 erzeugte modulierte Informationssignal wird durch einen Übertragungskanal, der als Block 52 bezeichnet ist, übertragen. Da der Übertragungskanal ein rauschfreier Kanal ist, wird dem modulierten Informationssignal Rauschen zugefügt, wenn das modulierte Informationssignal auf ihm übertragen wird. Das Rauschsignal ist in der Figur durch die Leitung 58, die dem Übertragungskanal 52 zugeführt wird, angedeutet.

Das modulierte Informationssignal, das auf dem Übertragungskanal 51 übertragen wurde, wird von dem Demodulator 64 empfangen. Der Demodulator 64 empfängt ein demoduliertes Signal, welches dem Kanaldecoder 76 zugefügt wird. Der Kanaldecoder 76 entspricht dem Kanalcoder 28 des Empfangsteils 56 und dient jedoch zum Decodieren des von dem Block und/oder Faltungscoder, wie er in dem Kanalcoder 28 enthalten ist, codierten Signals. Der Kanaldecoder 76 erzeugt ein decodiertes Signal in einem diskreten Format, welches dem Quellendecoder 82 zugeführt wird. Der Quellendecoder 82 convertiert das diskrete Signal in ein Format, das geeignet ist, um an den Ausgang (destination) 88 abgegeben zu werden. Der Ausgang 88 kann beispielsweise ein Ohrstück oder ein Lautsprecherabschnitt eines Empfängers oder ein anderer derartiger Transducer zum Konvertieren eines zugeführten elektrischen Signals in ein für den Menschen wahrnehmbares Format sein.

In Fig. 2A ist ein einzelner Frame eines digital codierten Informationssignals dargestellt. Ein Frame wird von einer vorgegebenen Anzahl von Bits, hier digitalen Bits, definiert. Die digitalen Bits bilden, wenn sie sequentiell angeordnet sind, ein codiertes Wort, welches entweder als Codewort oder codiertes Signal bezeichnet wird. Der Frame 110 der Fig. 2A repräsentiert ein von dem Quellencodierer 22 der Fig. 1 erzeugtes codiertes Signal. Der Frame 110 der Fig. 2A bildet ein Codewort von 260 digitalen Bits. Wie gezeigt, besteht der Frame 110 aus einem Klasse-Eins-Abschnitt 116 von 179 Bits, einem Parity-Bit-Abschnitt 122 (alternativ auch durch den Ausdruck CRC-Abschnitt (cyclic redundancy check) bezeichnet), der eine Länge von drei Bits aufweist, und einem Klasse-Zwei-Bit-Abschnitt 128 von einer Länge von 78 Bits. Andere Frame-Längen und Konfigurationen sind selbstverständlich möglich; der Frame 110 der Fig. 2A stellt einen möglichen Frame, der aus digital codierten Bits besteht, dar.

Die Fig. 2B stellt eine Repräsentation eines einzelnen Frames 134 dar, bei dem der Klasse-Eins-Bit-Abschnitt 116 entsprechend einer Codiertechnik, wie beispielsweise der Viterbi-Codiertechnik eines Viterbi-Faltungscoders codiert wurde. Der Klasse-Eins-Bit-Abschnitt 140 des Frames 134 der Fig. 2B hat eine Länge von 378 Bits und repräsentiert ein durch den Kanalcodierer 28 des Übertragers 46 des Kommunikationssystems 10 der Fig. 1 erzeugtes Signal. Der Parity-Bit-Abschnitt 146 (d. h. der CRC-Abschnitt 146) entspricht in einer Länge dem Parity-Bit-Abschnitt 122 der Fig. 2A, und der Klasse-Zwei-Bit-Abschnitt 152 des Frames 134 entspricht in seiner Länge dem Klasse-Zwei-Abschnitt 128 des Frames 110 der Fig. 2A. Der Klasse-Eins-Bit-Abschnitt 140 weist gegenüber dem Bit-Abschnitt 116 des Frames 110 eine erhöhte Bit-Länge auf, um dadurch die Redundanz des Bit-Abschnitts zu erhöhen. Dadurch wird die Möglichkeit, daß eine Verzerrung des Frames 134 während der Übertragung die genaue Wiedergewinnung des tatsächlichen Informationssignals, das den Bit-Abschnitt 116 des Frames 110 umfaßt, verhindern könnte, reduziert. Größere oder kleinere Abschnitte des Frames können wie gewünscht durch herkömmliche Codiertechniken codiert werden.

Die Fig. 2C zeigt eine Repräsentation eines Frames 156, der einen Frame darstellt, der von dem Decoder-Abschnitt eines Empfängers, wie des Empfänger-Abschnitts 94 der Fig. 1, empfangen und decodiert wurde. Der Frame 156 besteht aus einem Klasse-Eins-Bit-Abschnitt 162, einem Parity-Bit (d. h. CRC)-Abschnitt 168, und einem Klasse-Zwei-Bit-Abschnitt 174. Idealerweise ist der Frame 156 der Fig. 2C identisch zu dem Frame 110 der Fig. 2A. Jedoch kann, wie oben beschrieben wurde, da der Übertragungskanal in Fig. 1, der durch den Block 52 angedeutet ist, kein rauschfreier Kanal ist, eine Verzerrung des Signals während der Übertragung dazu führen, daß ein oder mehrere Bits der Abschnitte 162, 168 und 174 von den entsprechenden Abschnitten 116, 122 und 128 des Frames 110 abweichen.

Die Verwendung einer Codiertechnik, hier der Faltungscodiertechnik, wie etwa der Viterbi-Faltungscodiertechnik, reduziert die Möglichkeit, daß eine Verzerrung des Klasse-Eins-Bit-Abschnitts 140, die während dessen Übertragung auftritt, eine genaue Wiederherstellung des tatsächlichen Klasse-Eins-Bit-Abschnitts 116 des Frames 110 verhindert. Jedoch führt bekanntlich, wenn die Verzerrung bewirkt, daß die Bitwerte in einer zu großen Dichte in mindestens einem Teil des Bit-Abschnitts 140 des Frames 134 abweichen, dazu führt, daß die Decodierung des empfangenen Signals nicht zur Wiederherstellung des tatsächlichen Informationssignals des Bit-Abschnitts 116 des Frames 110 führt, sondern zur Erzeugung eines unkorrekten Informationssignals.

Wie vorher erwähnt wurde, kann durch einen Zufallsprozeß die Verzerrung der Werte der Parity-Bits während der Übertragung tatsächlich zu einer positiven Anzeige führen (obwohl dies eine unkorrekte positive Anzeige darstellt), die anzeigt, daß das Übertragungssignal in nicht verzerrter Form übertragen wurde. Eine derartige unkorrekte Anzeige eines unverzerrten Signals führt dazu, daß ungültige Information als unverzerrtes übertragenes Signal betrachtet wird.

Fig. 3 ist ein funktionales Blockschaltbild des Fehlererkennungssystems der vorliegenden Erfindung, das allgemein mit der Bezugsziffer 200 gekennzeichnet ist. Das Fehlererkennungssystem 200 empfängt zumindest Abtastungen des von dem Empfänger übertragenen Signals. Das empfangene Signal, das durch den Empfänger empfangen wurde (welches ein analoges Signal ist, auf dem die diskret codierte Information aufmoduliert wurde), wird auf Leitung 206 dem Viterbi-Decoder 212 zur Verfügung gestellt. Das dem Viterbi-Decoder 212 zur Verfügung gestellte Signal wird als weiches (soft) Entscheidungssignal verwendet. Der Viterbi-Decoder 212 erzeugt auf der Leitung 218 ein decodiertes Signal, welches dem Faltungscoder 224 zugeführt wird. Der Faltungscoder 224 erzeugt auf der Leitung 230 ein codiertes Signal, welches, wenn keine größeren Verzerrungen bei dem zum Empfänger übertragenen Signal auftreten, identisch mit dem Signal ist, wie es dem Decoder 212 auf der Leitung 206 zugeführt wird. Jedoch, wie bereits vorher erwähnt wurde, decodiert der Decoder 212 das empfangene Signal unkorrekt, wenn Teile des Signals in bedeutender Dichte während der Übertragung verzerrt wurden und das rückcodierte Signal, das auf der Leitung 230 erzeugt wird (welches nicht von Verzerrungen, die durch Rauschen auf dem Übertragungskanal verursacht werden, beeinflußt wird), unterscheidet sich von dem auf der Leitung 206 dem Decoder 212 zugeführten Signal.

Die Leitung 206 ist mit dem harten (hard) Entscheidungsblock 236 gekoppelt, bei dem das auf der Leitung 206 zugeführte Signal in eine Serie digitaler Pulse umgewandelt wird, welche in dem Puffer 242 gespeichert werden. Der Puffer 242 weist eine Kapazität auf, die zumindest so groß wie die Länge des übertragenen Frames, wie etwa des Frames 134 der Fig. 2B, ist. Der Puffer 242 stellt auf der Leitung 248 ein Ausgangssignal zur Verfügung, um es den Inhalten des Puffers 242 zu erlauben, sequentiell dem logischen Exklusiv-OR-Gatter 256 zur Verfügung gestellt zu werden. Das rückcodierte auf der Leitung 230 erzeugte Signal wird zusätzlich dem logischen Exklusiv-OR-Gatter 256 zugeführt. Obwohl das Gatter 256 ein Exklusiv-DR-Gatter aufweist und sich die folgende Beschreibung auf einen Betrieb der Erfindung mit einem derartigen Gatter bezieht, sei anzumerken, daß andere logische Gatter und logische Systeme alternativ dazu verwendet werden können.

Das Gatter 256 dient zum Feststellen, wann das rückcodierte Signal, wie es von dem Codierer 224 auf der Leitung 230 erzeugt wurde, von dem Signal, wie es auf der Leitung 206 zur Verfügung gestellt wurde, abweicht. Das Exklusiv-OR-Gatter 256 erzeugt auf der Leitung 262 ein Vergleichssignal und das Vergleichssignal wird seriell dem Schieberegister 268 zugeführt. Jedes Bit des Vergleichssignals, das auf der Leitung 262 erzeugt wurde, und dem Schieberegister 268 zugeführt wurde, wird dem Akkumulator 274 zugeführt. Der Akkumulator 274 entscheidet, wann Abschnitte des Vergleichssignals, wie es in dem Schieberegister 268 gespeichert ist, anzeigen, daß eine übergroße Anzahl von Unterschieden zwischen den Signalen, wie sie dem Gatter 256 auf den Leitungen 230 und 248 zugeführt werden, bestehen.

Da das Gatter 256 in einer bevorzugten Ausführungsform ein Exklusiv-OR-Gatter aufweist, bewirken Unterschiede zwischen den auf den Leitung 230 und 248 dem Gatter 256 zugeführten Bits, daß das Gatter 256 als Bit-Wert eine logische Eins in Antwort auf einen derartigen Vergleich erzeugt. Die Inhalte des Akkumulators 274 können dazu verwendet werden, um festzustellen, wann eine übergroße Anzahl von logischen Einsen in zumindest einem Abschnitt des Vergleichssignals, wie es in dem Schieberegister 268 gespeichert ist, detektiert wurden. Wenn eine übergroße Anzahl von Unterschieden zwischen dem auf den Leitungen 230 und 248 erzeugten Signalen existieren, und wenn dies durch den Entscheidungsblock 280 angezeigt wird, wird ein "Bad"-Frame-Indikator auf der Leitung 286 erzeugt. Im anderen Fall wird kein "Bad"-Frame-Indikator erzeugt, wie dies durch den Zweig an den Fortsetzungsblock 292 angedeutet ist. Die Dichte der unterschiedlichen Bits, wie sie durch das Gatter 256 detektiert wurde, die benötigt wird, um die Erzeugung eines "Bad"-Frame-Indikators zu bewirken, hängt selbstverständlich von der Anzahl der Bits, die in dem Frame enthalten sind, ab und hängt weiterhin von der Metrik des für die Decodierung der Frames, die das Informationssignal enthalten, verwendeten Viterbi-Decoders ab.

Es sei angemerkt, daß obwohl das Fehlererkennungssystem 200 der Fig. 3 teils als Blockschaltbild, teils als logische Ablaufsequenz gezeigt ist, das Fehlererkennungssystem 200 in einer bevorzugten Ausführungsform ein software-implementiertes System ist. Das bedeutet, daß jeder Block des Fehlererkennungssystems 200 vorzugsweise ein Teil eines von dem digitalen Prozessor ausgeführten Algorithmus ist. Eine teilweise oder vollständige Hardware-Implementation ist selbstverständlich auch möglich.

Die Fig. 4A zeigt eine Repräsentation eines einzelnen Frames 320 eines typischen Informationssignals, das von einem Faltungscodierer 224 eines Fehlererkennungssystems der Fig. 3 empfangen und rückcodiert wurde. Zur Veranschaulichung sind die Werte mehrerer Bits, aus denen der Frame besteht, in der Figur angedeutet. Der Frame 320 entspricht dem rückcodierten Signal, das auf der Leitung 230 dem Gatter 256 der Fig. 3 zugeführt wird.

Die Fig. 4B zeigt eine Repräsentation ähnlich der der Fig. 4A, wobei sie jedoch eine Repräsentation eines einzelnen Frames 324 des codierten Signals, wie es von einem Empfänger empfangen wurde, und dem Gatter 256 auf der Leitung 248 zugeführt wurde, zeigt. Ähnlich dem Frame 320 der Fig. 4A sind in der Figur Werte ausgewählter Bits des Frames 324 angedeutet. Es sei angemerkt, daß die den Bit-Plätzen zugeordneten Werte nur der Veranschaulichung dienen.

Die Fig. 4C ist eine Repräsentation eines einzelnen Frames, hier des Frames 328, eines auf der Leitung 262 der Fig. 3 erzeugten Vergleichssignals, das aus einem Vergleich des Frames 320 und des Frames 324 der Fig. 4A und 4B resultiert. Es ist zu erkennen, daß für den Fall, daß ein Bit des Frames 320 den gleichen Wert wie das korrespondierte Bit des Frames 324 aufweist, das korrespondierende Bit des Frames 328 als Wert eine logische Null aufweist. Wenn der Wert eines Bits des Frames 320 sich von dem korrespondierenden Bit des Frames 324 unterscheidet, weist das korrespondierende Bit des Frames 328 als Wert eine logische Eins auf.

Wie bereits erwähnt wurde, erleichtert ein Decoder, wie der Viterbi-Decoder 212 der Fig. 3 das genaue Decodieren eines tatsächlich empfangenen Signals in ein Signal, das einem tatsächlich von einem Übertrager übertragenen Signal entspricht, da der Coder/Decoder eines Übertragers/Empfängers bewirkt, daß die Verzerrungseffekte, die während der Übertragung eines Informationssignals zwischen einem Übertrager und einem Empfänger auftreten, minimiert werden. Daher kann der Frame 320, der das Signal, wie es auf der Leitung 230 dem Gate 256 zur Verfügung gestellt wird, in seinem Wert von den Bits des Frames 324, der den Frame, der auf der Leitung 248 dem Gate 256 zur Verfügung gestellt wird, darstellt, abweichen.

Wenn jedoch das von dem Viterbi-Decoder 212 empfangene Signal zu stark von dem tatsächlich übertragenen Signal abweicht (oder insbesondere, wenn die Dichte der Verzerrungen zu groß wird), decodiert der Decoder 212 den empfangenen Frame falsch. In diesem Fall wird eine größere Anzahl von Abweichungen bei dem Signal, wie es dem Gate 256 auf den Leitungen 230 und 248 zugeführt wird, erzeugt.

Das Feststellen der Anzahl von Ungleichheiten an ausgewählten Abschnitten des Frames 328 des Vergleichssignals, wie es auf der Leitung 262 erzeugt wird, erlaubt das Erkennen wann der Decoder 212 das tatsächlich übertragene Signal falsch decodiert. Es sei angemerkt, daß statt der Bestimmung der Gesamtzahl von Ungleichheiten der Werte zwischen den Frames 320 und 324 die Dichte der Ungleichheiten an Abschnittes des Frames 328 bestimmt wird. Abschnitte des Frames, die als Fenster bezeichnet werden, wie etwa die Abschnitte, wie sie durch die Referenznummern 332 und 336 angedeutet sind, können separat voneinander analysiert werden, um die Anzahl der Ungleichheiten des Vergleichssignals des Frames 328 zu zählen. Zusätzliche Fenster des Frames können separat analysiert werden und, falls irgendein Fenster des Frames eine zu große Anzahl von Ungleichheiten aufweist, wird eine "Bad"-Frame-Indikation erzeugt. Wenn eine "Bad"-Frame-Indikation erzeugt wurde, wird der gesamte Frame von dem Empfänger ignoriert. Die Bit-Größe der Fenster (d. h. die Fenstergröße) wird entsprechend dem freien Abstand d_free zwischen möglichen Codeworten des Faltungscodes, wie er zum Codieren des Informationssignals benutzt wird, bestimmt.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zählt der Akkumulator, der mit der Referenznummer 274 in Fig. 3 bezeichnet ist, die Anzahl der Fehler (d. h. der logischen Einsen) innerhalb eines besonderen Fensters, und die Inhalte des Akkumulators werden mit einem Schwellwert verglichen (bezeichnet mit den Buchstaben "t" im Entscheidungsblock 280 der Fig. 3). Wenn die Inhalte des Akkumulators größer als der Schwellwert sind, wird ein "Bad"-Frame erkannt. Im anderen Fall wird ein neuer Fensterplatz definiert, der Akkumulator gelöscht und der Vorgang wiederholt. Vorzugsweise überlappen die Fenster miteinander, und die Fenster sind durch einen Schiebeprozeß definiert. Alternativ können die Fensterplätze vordefiniert werden beispielsweise durch Festlegen des Fensters an einer ersten Stelle, wie etwa dem Anfangspunkt des Codierabschnitts des Frames und dann an einer zweiten Stelle, wie etwa dem Endabschnitt des codierten Abschnitts des Frames.

In Fig. 5 ist eine Sende/Empfangseinrichtung, die allgemein mit der Referenznummer 340 bezeichnet wird, gezeigt, die das Fehlererkennungssystem der vorliegenden Erfindung beinhaltet. Ein über einen Übertragungskanal übertragenes Signal wird von der Antenne 348 empfangen und es wird ein elektrisches Signal des empfangenen Signals auf der Leitung 352 an den Filter 356 übertragen. Der Filter 356 erzeugt auf der Leitung 360 ein gefiltertes Signal, das dem Mischer 364 zur Verfügung gestellt wird. Der Mischer 364 empfängt auf der Leitung 368 von dem Frequenzsynthesizer 372 ein Oszillationssignal, um das Signal in seiner Frequenz zu konvertieren und um auf der Leitung 376 ein abwärts konvertiertes Signal zu erzeugen. Die Leitung 376 ist mit dem Filter 380 gekoppelt, welcher auf der Leitung 384 ein gefiltertes Signal erzeugt, welches dem zweiten Mischer 388 zugeführt wird. Der zweite Mischer 388 empfängt auf der Leitung 392 ein Oszillationssignal, das von dem Oszillator 394 erzeugt wurde (wie gezeigt, ist der Referenzoszillator 395 mit dem Oszillator 392 auf der Leitung 396 verbunden und stellt zusätzlich zum Frequenzsynthesizer 372 auf der Leitung 398 Referenzfrequenzsignale zur Verfügung). Der Mischer 388 erzeugt ein zweites, herunterkonvertiertes Signal auf der Leitung 400, welches dem Demodulator 404 zugeführt wird. Der Demodulator 404 erzeugt auf der Leitung 408 ein demoduliertes Signal, welches dem Viterbi-Decoder 412 zugeführt wird. Das von dem Demodulator 404 erzeugte demodulierte Signal ist ein analoges Signal, welches von dem Viterbi-Decoder 412 als Soft-Entscheidungssignal verwendet werden kann, um eine bessere Decodierung des dem Decoder 412 zur Verfügung gestellten Signals zu erlauben.

Der Viterbi-Decoder 412 korrespondiert zu dem Viterbi-Decoder 412 der Fig. 3. Wie genauer im Zusammenhang mit dem Fehlererkennungssystem 200 der Fig. 3 beschrieben wurde, erzeugt der Viterbi-Decoder 412 auf der Leitung 418 ein codiertes Signal, welches dem Faltungscoder 424 zur Verfügung gestellt wird. Der Faltungscoder 424 erzeugt auf der Leitung 430 ein rückcodiertes Signal. Das auf der Leitung 413 erzeugte Signal wird dem Hard-Entscheidungsblock 436 zugeführt, welcher die Signale, die auf der Leitung 413 zugeführt werden, in eine Serie von binären Sequenzen konvertiert, welche in dem Puffer 442 gespeichert werden. Die binären Sequenzen werden auf der Leitung 448 dem logischen Exklusiv-OR-Gatter 456 zur Verfügung gestellt. Das auf der Leitung 430 erzeugte rückcodierte Signal wird zusätzlich dem Gatter 456 zur Verfügung gestellt. Das Gatter 456 erzeugt auf der Leitung 462 ein Vergleichssignal, welches dem Schieberegister 468 zugeführt wird. Die Abschnitte des Frames, die aus dem Vergleichssignal, welches auf der Leitung 462 erzeugt wurde, bestehen, werden analysiert und, wenn eine übergroße Anzahl von ungleichen Bits innerhalb eines bestimmten Abschnitts des Frames, der das Vergleichssignal beinhaltet, detektiert werden, erzeugt der Entscheidungsblock 480 auf der Leitung 486 ein Signal, das einen "Bad"-Frame andeutet. Ein derartiges Signal passiert den Inverter 494 und wird an das "UND"-Gatter 496 weitergegeben.

Das von dem Viterbi-Decoder 412 decodierte Signal wird zusätzlich dem Gatter 496 auf der Leitung 498 über den Blockdecoder 502 zugeführt. Der Blockdecoder 502 erzeugt auf der Leitung 498 nur dann ein Signal, wenn der Decoder 502 die geeignete Sequenz von Parity-Bits detektiert, wie sie oben beschrieben wurde. Die Elemente 412 bis 502 werden vorzugsweise durch einen in dem digitalen Prozessor angelegten Algorithmus gebildet, wie er durch den Block 508, der gestrichelt gezeichnet ist, angedeutet ist.

Ein Ausgang des Gates 496 wird auf der Leitung 514 dem Sprach/Quellendecoder 520 nur während der Zeiten zur Verfügung gestellt, in denen kein "Bad"-Frame-Indikator auf der Leitung 486 erzeugt wurde, und der Blockdecoder 502 detektiert die geeignete Sequenz von Parity-Bits. Der Decoder 520 kann zusätzlich einen Transducer, wie etwa einen Lautsprecher, aufweisen.

Das Blockdiagramm der Fig. 5 zeigt weiterhin einen Übertragungsabschnitt des Funktelefons 380, der aus einem Sprach/Quellendecoder 536 besteht (welcher zusätzlich einen Transducer, wie ein Mikrophon, aufweisen kann), einen Modulator 546, einen Mischer 556, einen Filter 566 und einen Verstärker 576. Das durch den Verstärker 576 erzeugte verstärkte Signal wird auf der Leitung 580 der Antenne 384 zugeführt, um dessen Übertragung zu erlauben.

Das logische Abflußdiagramm der Fig. 6 zeigt die Verfahrensschritte des Verfahrens der vorliegenden Erfindung zum Detektieren, wann eine Sequenz eines diskret codierten Signals, wie es von dem Empfänger empfangen wurde, eine übergroße Anzahl von ungültigen Signalabschnitten aufweist. Zuerst wird, wie durch den Block 600 angedeutet ist, das durch den Empfänger empfangene diskret codierte Signal decodiert. Danach, wie dies durch den Block 606 angedeutet ist, wird ein decodiertes Signal erzeugt, welches auf Werte des diskret codierten Signals reagiert. Danach, wie dies durch den Block 612 angedeutet ist, wird das decodierte Signal rückcodiert. Danach, wie dies durch den Block 618 angedeutet ist, wird ein diskretes empfängercodiertes Signal erzeugt, das auf Werte des decodierten Signals reagiert. Danach, wie dies durch den Block 624 angedeutet ist, wird das diskrete vom Empfänger codierte Signal mit dem diskreten codierten Signal, wie es von dem Empfänger empfangen wurde, verglichen. Danach, wie dies durch den Block 630 angedeutet ist, wird ein Fehlersignal erzeugt, das auf die Zeiten reagiert, in denen die Werte der Signalabschnitte der Sequenzen des diskret codierten Signals von den Werten der korrespondierten Sequenzen des diskret vom Empfänger codierten Signals bei einer Frequenz in übergroßem Maße als vorgegeben abweichen.

Claims (8)

1. Funknachrichtenempfänger (340) mit einem für den Empfang eines diskret-codierten Signals ausgelegten Empfänger und einer Einrichtung (200; 508) zum Erkennen, wann eine Sequenz des diskret-codierten Signals, welches von dem Empfänger empfangen wurde, eine übermäßige Zahl von ungültigen Signalabschnitten aufweist, wobei die Einrichtung zur Fehlererkennung aufweist:
eine Einrichtung zum Erzeugen eines Soft-Entscheidungssignals (206; 404, 408), das eine Repräsentation des diskret-codierten Signals darstellt,
eine Decodereinrichtung (212; 412) zum Decodieren des Soft- Entscheidungssignals, wie es von der Soft-Entscheidungssignalerzeugungseinrichtung erzeugt wurde,
eine Codereinrichtung (224; 424) zum Rückcodieren des von der Decodereinrichtung codierten Signals und zum Erzeugen eines diskreten empfängercodierten Signals (230; 430) in Antwort auf Werte des decodierten Singals (218; 418),
eine Hart-Entscheidungseinrichtung (236; 436) zum Konverierten des Soft-Entscheidungssignals in ein Hart-Entscheidungssignal (248; 448),
eine Komparator-Einrichtung (256; 456) zum Vergleichen des diskreten, empfängercodierten Signals, wie es von dem Coder (224, 424) erzeugt wurde mit dem Hart-Entscheidungssignal (248, 448), und
eine Einrichtung (268, 274, 280; 268, 280) zum Erzeugen eines Fehlersignals in Antwort auf die Zeiten, in denen Werte von Signalabschnitten einer Sequenz des Hart- Entscheidungssignals (248; 448) sich von den Werten einer korrespondierenden Sequenz des diskreten empfängercodierten Signals (230; 430) entsprechend einer Dichte unterscheiden, die über einem vorgegebenen Wert liegt.

2. Funknachrichtenempfänger nach Anspruch 1, bei der die Decoder-Einrichtung einen Viterbi-Decoder enthält.

3. Funknachrichtenempfänger nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Decoder-Einrichtung einen Faltungscoder aufweist.

4. Funknachrichtenempfänger nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Komparator-Einrichtung (256; 456) ein Vergleichssignal erzeugt, das aus Signalabschnitten besteht, die aus dem Vergleich zwischen dem diskreten, empfängercodierten Signal, wie es durch die Coder-Einrichtung erzeugt wurde, mit einem Signal, das eine Repräsentation des discret-codierten Signals, wie es von dem Empfänger empfangen wurde, resultieren.

5. Funknachrichtenempfänger nach Anspruch 4, weiterhin aufweisend eine Einrichtung zum Speichern (274) des Vergleichssignals, wie es von der Komparatoreinrichtung erzeugt wurde.

6. Funknachrichtenempfänger nach Anspruch 5, weiterhin aufweisend eine Einrichtung zum Erkennen (280; 480), wann die Signalabschnitte von zumindest einem Segmentabschnitt einer Sequenz des diskret-codierten Signals von den Signalabschnitten eines korrespondierenden Segmentabschnitts einer korrespondierenden Sequenz einer Repräsentation des diskreten, empfängercodierten Signals in einer größeren als vorbestimmten Anzahl abweichen.

7. Funknachrichtenempfänger nach Anspruch 6, bei dem die Erkennungs-Einrichtung (280; 480) die Anzahl der Zeiten zählt, zu denen die Signalabschnitte eines Segmentabschnitts des Vergleichssignals eine Ungleichheit zwischen den korrespondieren Signalabschnitten des diskret-codierten Signals, wie es von dem Empfänger empfangen wurde, und den korrespondierenden Signalabschnitten des eine Repräsentation des diskret empfängercodierten Signals darstellenden Signals anzeigt.

8. Funknachrichtenempfänger nach Anspruch 7, bei dem die Erkennungs-Einrichtung bestimmt, wann eine übergroße Anzahl von Signalabschnitten von zumindest einem von zwei oder mehr Segmentabschnitten eines Sequenz von diskret-codierten Signalen von den Signalabschnitten von zumindest einem von zwei oder mehr korrespondierenden Segmentabschnitten einer korrespondierenden Sequenz des diskret empfängercodierten Signals abweicht.