DD294829A5 - Verfahren zur fehlerermittlung und fehlerdetektor - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fehlerermittlung und einen Fehlerdetektor, insbesondere fuer die Ermittlung der Bitfehlerrate bei mehrstufigen Datensignalen. Erfindungsgemaesz erfolgt die Ermittlung der Bitfehlerrate durch Ermittlung des Bitwerts eines empfangenen mehrstufigen Signals (102), eingeengtere Ermittlung des Bitwerts im genannten empfangenen mehrstufigen Signal (104), Vergleich der Ergebnisse der eingeengten Ermittlung mit den auf andere Weise ermittelten Ergebnissen zur Identifizierung der Fehler bei der Ermittlung (203, 206, 207 und 209), Summierung der in der Zeiteinheit ermittelten Symbolfehler. Die Ermittlung der Bitfehlerrate kann bei Antennen-Diversity zur Wahl einer fading-mindernden Antenne aus einer Vielzahl solcher Antennen verwendet werden, wenn die Fehlerrate einen bestimmten Fehlergrenzwert uebersteigt (213) - siehe Blockschaltbild.{Fehlerermittlung; Fehlerdetektor; Bitfehlerrate; mehrstufige Datensignale; Identifizierung; Vergleich; Symbolfehler; Antennen-Diversity}
Description
Hierzu 1 Seite Zeichnungen
Die Erfindung bezieht sich auf die Verfahren zur Fehlerermittlung, insbesondere auf die Ermittlung der Bitfehlerrate bei mehrstufigen Datensignalen und auf einen Fehlerdetektor zur Durchführung des Verfahrens.
Normalerweise werden empfangene Bitfehlerraten mit Hilfe eines der beiden Verfahren ermittelt: durch das Übertragen -von Zeit zu Zeit- eines bekannten Symbolmusters ausreichender Länge, in dem mit hoher Wahrscheinlichkeit wenigstens ein Fehler auftritt, oder durch das Einfügen eines Fehlererkennungskodes in die normalen Daten und durch das Zählen der so gefundenen Fehler. Bei beiden Verfahren besteht die Schwierigkeit, daß viele Bits übermittelter Daten für eine genaue Berechnung der Bitfehlerrate benötigt werden. Beträgt die erwartete Bitfehlerrate z. B. 1 von 100000 (ein typischer Wert), dann würde eine genaue Ermittlung der tatsächlichen Fehlerrate die Auswertung von mehreren hunderttausend Bit erfordern. Die für beide Verfahren erforderlichen Freibits des Zusatzsystems schwächen die Systemdurchgangsleistung und erzwingen, daß die Ermittlung der Bitfehlerrate (BER) bei spezifischen Ereignissen oder in spezifischen, vorherbestimmten Intervallen stattfindet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren der Fehlerermittlung und einen verbesserten Fehlerdetektor zu entwickeln. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein empfangenes Signal eingeengter ermittelt wird und die Ergebnisse der eingeengten Ermittlung mit auf andere Weise ermittelten Ergebnissen verglichen werden, um Fehler bei dar Ermittlung zu identifizieren.
Der Fehlerdetektor zur Durchführung des Verfahrens ist wie folgt charakterisiert: Reihenschaltung, Mittel zur Ermittlung des empfangenen Signals, Mittel zur eingeengten Ermittlung des empfangenen Signals und Mittel zum Vergleich der Ergebnisse der eingeengten Ermittlung mit den auf andere Weise ermittelten Ergebnissen zur Of fenlegung von Fehlern bei der Ermittlung. Das Verfahren und die Apparatur der Erfindung können vorzugsweise zur Antennenwahl genutzt werden, wenn aus einer Vielzahl von schwundmindernden Antennen eine ausgewählt werden soll und wenn die vorausgesagte Fehlerrate einen bestimmten Grenzwert übersteigt.
Weitere Kennzeichen und Vorteile der Erfindung werden durch die folgende detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsart in Verbindung mit den entsprechenden Bildern veranschaulicht. In den Zeichnungen zeigen
In Systemen mit sehr hohen Datengeschwindigkeiten sind mehrstufige Datensymbole üblich, da jedes gegebene Symbol einen Wert annimmt, der normalerweise zwei oder mehr binäre Bits zur Übermittlung erfordern würde. Es ist aber schwieriger, mehrstufige Symbole richtig aufzufinden und zu erkennen, da der Detektor nicht nur die Polarität des Symbols (in bipolaren Impulssystemen und bei binären Symbolen), sondern auch das Niveau feststellen muß.
Bild 1 stellt ein Wellendiagramm des Bitwerts und des Spannungspegels eines mehrstufigen Symbolsignals dar. Das mehrstufige Signal von Bild 1 veranschaulicht fünf Niveaus, die willkürlich ausgewählt folgende Zustände verkörpern: einen Blindzustand (oder Rauschzustand) bei 0 Volt und einen von vier möglichen (Dualbinärziffern) Symbolwerten:
.00" auf dem maximalen negativen Niveau (Soll-Wert -6 Volt)
.01" auf einem geringeren negativen Niveau (Soll-Wert -2 Volt) • ,10* auf einem geringeren positiven Niveau (Soll-Wert +2 Volt)
,11" auf dem maximalen positiven Niveau (Soll-Wert +6 Volt)
Normalerweise würde das empfangene Signal - dieses mehrstufige Symbol 101 - mit einer Gruppe aus drei separaten Niveaudetektoren ermittelt werden, wobei Jeder mit einem zwischen den Soll-Wert-Niveaus angelegten Spannungsermittlungsbereich versehen ist. Dadurch werden Bereiche geschaffen, die über dem Soll-Wert-Niveau liegen. Das wird anhand der Phantombereiche (102) in Bild 1 veranschaulicht. .
Die vorliegende Erfindung nutzt die herkömmliche Methode der Ermittlung eines empfangenen Signals (vgl. oben), verwendet dann aber eine weitere Gruppe von Bandbereichen (104) über dem Soll-Wert-Niveau, wodurch ein eingeengter Ermittlungsbereich geschaffen wird, der allerdings nur halb so groß ist wie durch die festen Bandbereiche (104) in Bild 1 veranschaulicht wird. Bei starken Signalen mit wenig Rauschen oder Interferenz müßten beide Dektorensets identische Ergebnisse aufweisen. In dem Maße wie Rauschen und Interferenz steigen, werden die Resultate anfangen, voneinander abzuweichen. Unter Bedingungen mit verstärktem Lärm oder Interferenz bewegen sich die Signalniveaus möglicherweise über die schmalen Bandbereiche (104) hinaus (obwohl sie möglicherweise noch innerhalb der größeren Pandbereiche liegen [102]). Da es keine oder nur eine geringe tote Zone zwischen den benachbarten größeren Bandbereichen gibt (wo wenn überhaupt nur wenige Signale nicht ermittelt werden wurden), aber eine verstärkte tote Zone (105) zwischen den schmalen Bandbereichen existiert (wo eine zunehmende Anzahl von Symbolen nicht ermittelt werden würde), signalisiert und identifiziert die unterschiedliche Anzahl der durch beide Sets ermittelten Symbole die «Bitfehler". Demzufolge ist die Gesamtdifferenz zwischen der Zahl durch die Breitbandermittlung ermittelten und der Zahl der durch Schmalbandermittlung ermittelten Symbole in der Zeiteinheit ein Indikator für die erhaltene Bitfehlerrate. Anders formuliert- der Vergleich der Ergebnisse der Schmalbandermittlung mit den auf andere Art und Weise ermittelten Daten zeigt Fehler bei der Ermittlung auf und stellt ein Maß für die statistische Sicherheit der Ermittlung dar. Das Fehlen jeglicher auf diese Weise ermittelten Fehler vergrößert die statistische Sicherheit der Ermittlung.
Die tote Zone zwischen den Schmalbandbereichen kann in Abhängigkeit von der erforderlichen Nachweisempfindlichkeit vergrößert oder verkleinert werden. Weitaus mehr Fehler sind z. B. bei digitalisierter Sprache akzeptabel, bevor die Verständlichkeit verlorengeht, als bei anderen Datenmitteilungsarten. Außerdem kann die tote Zone und damit die Empfindlichkeit durch einen programmierbare η Niveaudetektor In dem Maße wie die Systemdynamik wechselt, verändert werden.
Vorausgeplante Fehlerraten können zur dynamischen Einstellung des Übertragungssystems, über das das Signal empfangen wurde, genutzt werden, so daß auf die Fehlerrate eingewirkt wird. In Systemen, die zu einerÄnderung der Stellgröße in der Lage sind (wie bei Antennenwahl in einem Antennen-Diversity-System oder bei Vermittlung an verschiedene Transmitter in zellularen Systemen), kann die Korrektur wenigstens teilweise vorherbestimmt werden, d. h. dann, wenn die Bitfehlerrate einen bestimmten Fehlergrenzwert Obersteigt. Der Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht insbesondere darin, daß die Bitfehlerrate erfindungsgemäß aperiodisch, kontinuierlich oder nach Belieben ermittelt werden kann. Es ist nicht notwendig, bekannte Bitfolgen von Zeit zu Zeit zu übertragen, was wertvolle Systemfreileitungen beansprucht, die Systemdurchgangsleistung verringert und Messungen der Bitfehlerrate bei bestimmten Vorkommnissen oder in vorherbestimmten Intervallen erfordert. Tatsächlich kann die Überprüfung der Bitfehlerrate über kurze Intervalle, angenommen einhundert Symbole, durch Hochrechnung und Integration die Bitfehlerrate für Hunderttausende von Zeichen angeben. Bild 2 ist ein Blockschaltplan der bevorzugten Ausführung eines erfindungsgemäßen Bitfehlerratendetektors. Dargestellt wird:
Ein normaler Analog-Digital-Umwandler (A/D) 201, wie vom Typ Motorola, Kennummer MC 10321DW, beschrieben im Datenhandbuch »Motorols Linear and Interface Integreated Circuits" (Lineare und interfaceintegrierte Schaltkreise von Motorola). Der Eingang des A/D 201 wird mit dem Analogsignal gespeist, das die Symbole umfaßt, die in der parallel geschalteten Taktrückgewinnung 208 dekodiert werden sollen. Die Taktrückgewinnung 208 erzeugt ein Symboltaktsignal, das die optimale Position zur Abtastung des Symbols anzeigt. Realisieren läßt sich diese Schaltung mit einer der hinlänglich bekannten Methoden, wie z. B. mit dem von Ziemer und Peterson In »Digital Communications and Spread Spectrum Systems" (Digitaler Nachrichtenverkehr und Streuungsspektralsysteme) gelehrten Verfahren. Die Schaltung erzeugt außerdem das Signal „frame start", das den Anfang einer neuen Datenkette erkennt; das ist auch bei Ziemer und Peterson nachzulesen. Die Ausgangsleitungen 202 des A/D 201 sind mit den Eingabeleitungen (Adresse) des Festwertspeichers (ROM) 203 verbunden, der auf die Ausführung der Abbildungsfunktion - in Bild 1 dargestellt und bereits beschrieben - programmiert ist. Diese Abbildungsfunktion erzeugt zwei Ausgaben auf zwei Ausgabeleitungseinheiten: die dekodierte Datenausgabe 204, die zur normalen Datensenkfunktion wertergeleitet wird und die .Rauschfunktion'' 205.
Die Rauschfunktion 205 speist einen Einfachzähler 206, der als Digitalintegrator dient. Dieser Zähler wird durch die Funktion 210 .frame start" zu Beginn einer Datenkette eingestellt und zählt von da an die von der Rauschfunktionsleitung 205 ausgehenden Impulse entsprechend der Anzahl der Symbole, die sich innerhalb der In Bild 1 dargestellten Rauschzone oder Zone mit hoher Bitfehlerrate befinden.
Inzwischen verfolgt der Symbolzähler 207 die Anzahl der empfangenen Symbole; seine Ausgabe 211 wird in ein digitales Dividierwerk als Divisor eingespeist. Die Ausgabe des Zählers 206 wird weitergeleitet in die Dividendeneingabe 212 des Dividierwerks 209. Die Ausgabe 213 des Dividierwerks 209 stellt dann kontinuierlich eine Auswertung der Bitfehlerrate der ankommenden Symbolketten dar und xann jederzeit durch die Datenreduzierungsschaltungen (Datensenkung) abgetastet werden.
Vielfältige Variationen dieser Schaltung sind möglich. Haben z. B. alle Symbole die gleiche Länge, können der Zähler 207 und das Dividierwerk 209 eliminiert werden; die Ausgabe des Zählers 206 wird direkt durch die Datensenkung abgelesen. Es besteht auch die Alternative, den Zähler 206 bei einem bestimmten Ablesewert des Symbolzählers 207 „einfrieren" zu lassen und durch Ermittlung der BER für einen festgelegten Datenanteil zu Beginn jedes Datenstoßes auf ein Dividierwerk 209 zu verzichten. Zusammenfassend kann gesagt werden, daß ein Verfahren und eine Einrichtung zur Ermittlung der Bitfehlerrate geschaffen wurden. Vorzugsweise beinhaltet dies die Ermittlung des Bitwertes in einem empfangenen mehrstufigen Signal, die eingeengtere Ermittlung des Bitwertes in diesen empfangenen mehrstufigen Signalen, den Vergleich der Ergebnisse der eingeengten Ermittlung mit auf andere Weise ermittelten Werten zur Aufdeckung von Fehlern bei der Ermittlung und die Zählung der ermittelten Symbolfehler in der Zeiteinheit. Die Ermittlung der Bitfehlerrate kann zum Beispiel bei Antennendiversity zur Auswahl einer Antenne aus einer Vielzahl von fadlng-mindernden Antennen verwendet werden, wenn die Fehlerrate einen bestimmten Fehlergrenzwert übersteigt.
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Wenn auch die bevorzugte praktische Ausführung der Erfindung beschrieben und dargestellt wurde, so werden es die Fachleute auf diesem Gebiet aber zu schätzen wiesen, daß weitere Variationen und Modifikationen dieser Erfindung verwirklicht werden können. Beispielsweise kann die Bitfehlerrate zur Anzeige der statistischen Sicherheit hinsichtlich des ermittelten Bits oder Stroms mit dem ermittelten Bitstrom gekoppelt (und gespeichert) werden. Weiterhin können z. B. individuelle Vergleichsschaltungen und eine logische Kette anstelle von A/D's und ROM's zum Einsatz kommen,
Claims (18)
1. Verfahren zur Fehlerermittlung, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung des empfangenen Signals (102), die eingeengtere Ermittlung dieses empfangenen Signals (104) und der Vergleich der Ergebnisse der eingeengteren Ermittlung mit den auf andere Art und Weise ermittelten Ergebnissen zur Identifizierung der bei der Ermittlung aufgetretenen Fehler (203,206,207 und 209) erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung des Niveaus des empfangenen Signals (102), die eingeengtere Ermittlung des Niveaus des genannten Signals und die Fehlersummierung in der Zeiteinheit (206) erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 bzw. 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelten Fehlerraten (213) zur dynamischen Einstellung des nachrichtentechnischen Systems, mit dem das Signal empfangen wurde, und zur Einwirkung auf die Fehlerrate benutzt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Fehlen ermittelter Fehler (213) die statistische Sicherheit der Ermittlung erhöht.
5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingeengtheit der eingeengten Ermittlung (104) der gewünschten statistischen Sicherheit bei der Ermittlung angepaßt werden kann.
6. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlerermittlung bei mehrstufigen Signalen angewendet wird.
7. Ein Verfahren zur Antennenwahl unter Nutzung der Fehlerermittlung nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahl einer Antenne aus einer Vielzahl von fadingmindernden Antennen erfolgt, wenn die Fehlerrate (213) einen bestimmten Fehlergrenzwert übersteigt.
8. Ein Verfahren zur Weiterleitung unter Nutzung der Fehlerermittlung nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahl eines Übertragungskanals aus einer Vielzahl erfolgt, wenn die Fehlerrate (213) einen bestimmten Fehlergrenzwert übersteigt.
9. Verfahren zur Ermittlung der Bitfehlerrate, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung des Bitwerts eines empfangenen Signals (102/103), außerdem die eingeengtere Ermittlung des Bitwerts im genannten empfangenen Signal (104/203) und der Vergleich der in der eingeengteren Ermittlung festgestellten Bitzahl mit der auf andere Art und Weise ermittelten Bitzahl zur Identifizierung der Fehler bei der Ermittlung (203,206,207 und 209) erfolgt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Zeiteinheit ermittelten Bitfehler summiert werden (206).
11. Verfahren nach Anspruch 9 bzw. 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bitfehlerermittlung ohne Bezugnahme auf eine bestimmte Bitsequenz erfolgt.
12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragung einer bekannten Sequenz zum Zwecke der Ermittlung von Fehlerraten eliminiert und damit die Signaldurchgangsleistung erhöht werden kann.
13. Verfahren nach Anspruch 10,11 bzw. 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der Bitfehlerrate aperiodisch, kontinuierlich oder nach Belieben durchgeführt werden kann.
14. Verfahren nach Ansprüchen 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Bitfehlerrate (213) mit dem ermittelten Bitstrom zur Angabe der statistischen Sicherheit hinsichtlich des ermittelten Bits oder Stroms in Verbindung gebracht werden kann.
15. Verfahren der Antennenwahl unter Nutzung der Ermittlung der Bitfehlerrate, dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung des Bitwerts eines empfangenen mehrstufigen Signals (102), die eingeengtere Ermittlung des Bitwerts im genannten empfangenen mehrstufigen Signal (104), der Vergleich der Ergebnisse der eingeengten Ermittlung mit den auf andere Art und Weise e.mittelten Ergebnissen zur Identifizierung der Fehler bei der Ermittlung (203,206,207 und 209), die Summierung der ermittelten Fehler in der Zeiteinheit und die Wahl einer fading-mindernden Antenne aus einer Vielzahl solcher Antennen erfolgt, wenn die Fehlerrate einen bestimmten Fehlergrenzwert übersteigt (213).
16. Fehlerdetektor, dadurch gekennzeichnet, daß er in Reihe geschaltet ist, Mittel zur Ermittlung eines empfangenen Signals (102/103), Mittel zur eingeengteren Ermittlung dieses empfangenen Signals (104/203) und Mittel zum Vergleich derErgebnisse der eingeengten Ermittlung mit den auf andere Weise ermittelten Ergebnissen zur Identifizierung von Fehlern bei der Ermittlung (203,206, 207,209) besitzt.
17. Bitfehlerratendetektor, dadurch gekennzeichnet, daß er in Reihe geschaltet ist, Mittel zur Ermittlung d's Bitwerts eines empfangenen mehrstufigen Signals (102), Mittel zur eingeengteren Ermittlung des Bitwerts des genannten empfangenen mehrstufigen Signals (104), Mittel zum Vergleich der Ergebnisse der eingeengten Ermittlung mit den auf andere Weise ermittelten Ergebnissen zur Identifizierung der Fehler bei der Ermittlung (203,206,207 und 209) und Mittel zur Summierung der in der Zeiteinheit ermittelten Symbolfehler besitzt.
18, Antennenwähler unter Nutzung des Bitfehlerratendetektors nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß er Mittel zur Wahl einer fading-mindernden Antenne aus einer Vielzahl solcher Antennen besitzt, wenn die Fehlerrate (213) einen bestimmten Fehlergrenzwert übersteigt.
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