DE2840552A1

DE2840552A1 - Digitales uebertragungssystem

Info

Publication number: DE2840552A1
Application number: DE19782840552
Authority: DE
Inventors: Klaas Everaarts
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1977-09-27
Filing date: 1978-09-18
Publication date: 1979-03-29
Also published as: US4214206A; SE431279B; JPS6033015B2; AU518883B2; IT1098893B; JPS5457907A; FR2404353B1; DE2840552C2; GB2005116B; IT7827990A0; CA1126361A; NL7710503A; SE7810023L; FR2404353A1; GB2005116A; AU4020778A

Description

PHN 8902

Cl BROM/RJ

28.6.78

"Digitales XJebertragungssystem. "

Die Erfindung bezieht sich auf ein digitales Uebertragungssystera mit einer Anzahl regenerativer Zwischenstellen, die zusammen eine digitale Verbindung zwischen einer Senderendstelle und einer Emp— fängerendsteile bilden, wobei Endstellen je mit zugehörender digitaler Peripherieapparatur versehen sind und die Senderperipherieapparatur Mittel zum Verteilen des zu übertragenden Bitstromes in aufeinanderfolgende Uebertragungsrahmen mit einer festen Anzahl Bitsteilen und zum Einfügen mindestens eines zusätzlichen Bits in eine gegebene Bitstelle jedes der aufeinanderfolgenden

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Uebertragungsrahmen und weiter eine Verschlüsselungsanordnung enthält, in der der auf diese Weise erhaltene Bitstrom mit einem Verschlüsselungsimpulsmuster modulo 2 kombiniert wird, und zwar zum Erzeugen eines verschlüsselten Bitstromes zur Uebertragung über die digitale Verbindung, und wobei die Empfängerperipherieapparatur eine Entschlüsselungsanordnung zum Entschlüsseln des der digitalen Verbindung entnommenen verschlüsselten Bitstromes und weiter Mittel enthält zum Selektieren der in die aufeinanderfolgeladen Uebertragungsrahmen eingefügten zusätzlichen Bits,

Ein digitales Uebertragungssystern der obengenannten Art ist beispielsweise aus einem Artikel von Pierre E. Hervieux mit dem Titel "RD-3 Long-Haul High Capacity Digital Radio! in "Proceedings of the Wox\Ld Telecommunication Forum", Genf 1975 bekannt. Das Verschlüsseln des zu übertragenden Bitstromes wird in einem derartigen digitalen lieber tragungssystem angewandt, um das Rückgewinnen der Taktimpulssignale aus dem übetragenen Bitstrom zu erleichtern und das Linienspektrum zu verringern und einheitlicher zu machen.

Ein Nachteil dieser Art der Verschlüsselung ist jedoch, dass die u.a. zum Ueberwachen der digitalen Verbindung in den Bitstrom eingefügten zusätzlichen Bits nicht eher dem übertragenen Bitstrom ent-

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nommen werden können, als bis dieser Bitstrom entschlüsselt worden ist. In der Praxis ist es denn auch aus wirtschaftlichen Gründen üblich, die digitale Verbindung nicht in jeder regenerativen Zwischenstelle zu überwachen, sondern dies nur einmal pro mehrere regenerative Abschnitte zu machen. Dies bringt jedoch den Fachteil mit sich, dass, wenn eine zur Ueberwachung eingerichtete regenerative Zwischenstelle Alarm gibt, danach noch eine Fehlerortungsprozedur durchgeführt werden muss, um zu ermitteln, welche der der überwachenden Zwischenstelle vorhergehenden regenerativen Abschnitte nicht einwandfrei funktioniert.

Die Erfindung hat nun zur Aufgabe, ein digitales Uebertragungssystem der eingangs erwähnten Art zu schaffen, in dem die dein Bitstrom zugefügten zusätzlichen Bits auf einfache und folglich wirtschaftliche Weise in jeder der regenerativen Zwischenstellen den Bitstrom entnommen werden.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Sender- sowie die Empfängerperipherieapparatur einen Uebertragungstaktimpulszähler mit einer Endzählstellung enthalten, die mit der Anzahl Bitstellen ρχ·ο Uebertragungsrahmen in einer gegebenen festen Beziehung steht, welche Zähler in dex- Endzähl-

2% stellung einen Stellimpuls abgeben, dass die Verschluss elungs- sowie die Entschlüsselungsanordnung

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mit einem Impulsmustergenerator zum Erzeugen eines gegebenen festen Verschlüsselungsimpulsmuster versehen sind, welche Impulsmustergeneratoren durch den Stellimpuls der genannten Zähler in einen gegebenen Ausgangserzeugungszustand gebracht werden, und dass die regenerativen Zwischenstellen sowie die Empfängerperipherieapparatur Mittel enthalten zum Selektieren der in die aufeinanderfolgenden Uebertragungsrahmen eingefügten zusätzlichen Bits auf Basis der genannten festen Beziehung zwischen der Endzählstellung und der Anzahl Bitstellen pro Uebertragungsrahmen, wobei die genannten Selektionsmittel in der Empfängerperipherieapparatur zugleich Synchronimpulse zum Synchronisieren des Uebertragungstaktimpulszählers in der Empfängerperipherieapparatur mit dem in der Senderperipherieapparatur abgeben.

Bei Anwendung der erfindungsgemässen Massnahmen wird das Entschlüsseln in den regenerativen Zwischenstellen völlig vermieden, und diese zusatzliehen Bits werden dennoch auf zuverlässige Weise aus dem Bitstrom selektiert.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein allgemeines Blockschaltbild eines digitalen Uebertragungssystems zur Uebertragung

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eines Bitstromes über eine Funkverbindung.

Fig. 2aj 2bs 2c die Senderperipherieapparatur, den regenerativen Teil einer Zwischenstelle bzw, die Empfängerperipherieapparatur eines bekannten Systems nach Fig. 1,

Figo 3a-j 3t), 3c ein Ausführungsbeispiel der Senderperipherieapparatur, des regenerativen Teils einer Zwischenstelle bzw. der Empfängerperipherie— apparatur des Systems nach Fig. 1 entsprechend der ^: Erfindung,

Fig. h einige Zeitdiagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der Senderperipherieapparatur in Fig. 3^a für eine mögliche feste Beziehung zwischen der Endzählsteilung des Uebertragungstaktimpulszählers und der Anzahl Bitstellen pro Uebertragungsrahmen,

Fig. 5 einige Zeitdiagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der Senderperipherieapparatur in Fig. 3a für eine andere mögliche feste Beziehung, Fig. 6 eine Abwandlung der Empfängerperipherieapparatur in Fig. 3c für die anhand der Fig. 5 erläuterte andere Möglichkeit der obengenannten festen Beziehung.

Das in Fig. 1 dargestellte digitale Uebertragungssystem umfasst eine Senderendstelle 1 mit zugehörender digitaler Peripherieapparatur 2 und einem

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Funksender 3, eine Empfängerendstelle h mit einem Funkempfänger 5 und zugehörender digitaler Peripherieapparatur 6 und eine Anzahl regenerativer Zwischenstellen 7 mit je einem Funkempfänger 8, einem regenerativen Teil 9 und einem Funksender 10.

Fig. 2a, 2b und 2c zeigen das Blockschaltbild der Senderperipherieapparatur 2, des regenerativen Teils 9 der Zwischenstellen 7 und der Empfängerperipherieapparatur 6 des Systems nach Fig. 1, wenn dieses System auf bekannte Weise ausgebildet ist.

Wie in Fig. 2a dargestellt, enthält die Senderperipherieapparatur 2 eine Datenquelle 11 und eine Quelle 12 zum Liefern zusätzlicher Bits, und beide Quellai11 und 12 sind an einen Pufferspeicher 13 angeschlossen. Weiter enthält diese Peripherie-^ apparatur einen Zeitsteuerkreis ik und eine an den Pufferspeicher 13 angeschlossene selbstsynchronisierende Verschlüsselungsanordnung 15. Der von der Datenquelle 11 gelieferte Bitstrom wird unter Ansteuerung eines Datentaktsignals, das an einem Ausgang 16 der Datenquelle 11 verfügbar ist, in den Pufferspeicher 13 eingeschrieben. Dieses Datentaktsignal wird zugleich dem Zeitsteuerkreis ik zugeführt, der aus diesem Datentaktsignal ein Uebertragungstaktsignal erzeugt, das an einem Ausgang 17 verfügbar ist und eine etwas höhere Frequenz als die Datentaktfrequenü aufweist,

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Dieses Uebertragungstaktsignal wird zur Steuerung des Auslesens der eingeschriebenen Datenbits dem Pufferspeicher 13 zugeführt. Da dieses Auslesen mit einer etwas höheren Frequenz erfolgt als das Einsehreiben, können dem Datenbitstrom im Pufferspeicher 13 zusätzliche Bits zugefügt werden. Letzteres erfolgt ebenfalls unter Ansteuerung des Zeitsteuerkreises 14, der dazu den zu übertragenden Bitstrom in aufeinanderfolgende Uebertragungsrahmen mit einer festen Anzahl Bitstellen einteilt und weiter an einem Ausgang 18 dem Pufferspeicher 13 Steuerimpulse abgibt, um die zusätzlichen Bits der Quelle 12 derart dem Datenbitstrom zuzufügen, dass mindestens ein zusätzliches Bit in eine gegebene Bitstelle jedes der aufeinanderfolgenden Uebertragungsrahmen eingefügt wird.

Der am Ausgang des Pufferspeichers 13 auftretende Bitstrom mit zusätzlich eingefügten Bits wird daraufhin der selbstsynchronisierenden Verschlüsselungsanordnung 15 zugeführt und in einem Modulo-2-Addierer 19 mit einem Verschlüsselungsimpulsmuster zum Erzeugen eines verschlüsselten Bitstromes zur Uebertragung über die Funkverbindung modulo-2 kombiniert. Bekanntlich wird in einer Verschlüsselungsanordnung 15 vom selbstsynchronisierenden Typ das Verschlüsselungsimpulsmuster dadurch erhalten, dass del* verschlüsselte Bitstrom am Ausgang

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des Modulo-2-Addierers I9 über einen Kreis 20 mit einer Anzahl Schieberegisterelemente und einem oder mehreren Modulo-2-Addierern zur Bildung der Modulo-2-Summe aus verschiedenartig verzögerten Darstellungen des verschlüsselten Bitstromes zum zweiten Eingang rückgekoppelt wird. Die Schieberegisterelemente in dem Kreis 20 erhalten das Uebertragungstaktsignal am Ausgang 17 des Zeitsteuerkreises 14 als Schiebesignal. Nähere Einzelheiten in bezug auf eine derartige selbstsynchronisierende Verschlüsselungsanordnung und die zugehörende Entschlüsselungsanordnung lassen sich beispielsweise in der U.S. Patentschrift 3.421.146 finden.

De r auf diese Weise erhaltene verschlüsselte Bitstrom wird im Funksender 3 ^als digitales Signal einem Träger aufmoduliert und über die Zwischenstellen 7 zum Funkempfänger 5 übertragen. In jeder der Zwischenstellen 7 wird das einem Träger aufmodulierte digitale Signal zunächst im Funkempfanger 8 demoduliert, um den Bitstrom im regenerativen Teil 9 regenerieren zu können. ^Λie in Fig. 2b dargestellt, enthält dieser regenerative Teil 9 eine Taktrückgewinnungsschaltung 21, um das Uebertragungstaktsignal aus dem Bitstrom zurückzugewinnen, und einen Regenerator 22, um den Bitstrom unter Ansteuerung des zurückgewonnenen Uebertragungstaktimpulssignals zu regene-

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rieren. Der regenerierte Bitstrom wird in dem an den regenerativen Teil 9 angeschlossenen Funksender 10 zur weiteren Uebertragung wieder einem Träger aufmoduliert. Im Funkempfänger 5 der Empfängerendstelle k wird das einem Träger aufmodulierte digitale Signal wieder demoduliert, und der auf diese ¥eise erhaltene Bitstrom wird daraufhin der Peripherieapparatur 6 zugeführt.

¥ie in Fig. 2c dargestellt, enthält die Empfängerperipherieapparatur 6 ebenfalls einen regenerativen Teil 23 mit einer Taktrückgewinnungsschaltung Zk und einem durch diese Schaltung Zk gesteuerten Regenerator 25, in dem der empfangene Bitstrom regeneriert wird. An den Ausgang des Regenerators 25 ist eine selbstsynchronisierende Entschlüsselungsanordnung 26 mit einem Modulo-2-Addierer 27 angeschlossen, in dem der regenerierte Bitstrom mit einem Verschlüsselungsimpulsmuster Modulo—2—kombiniert wird, das auf dieselbe Art und Weise wie in der Senderperipherie— apparatur 2 aus Fig. 2a aus dem verschlüsselten Bitstrom mit Hilfe eines Kreises 28 abgeleitet wird, der dem Kreis 20 in Fig. 2a entspricht und zwischen den beiden Eingängen des Modulo-2-Addierers 27 liegt. Da die Verschlüsselungsimpulsmuster in der Verschlüsselungsanordnung 15 und in der Entschlüsselungsanordnung 26 auf identische ¥eise aus demselben verschlüs-

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selten Bitstrom erhalten werden, werden diese beiden Verschlüsselungsimpulsmuster - etwaige Uebertragungsfehler in der Funkverbindung ausser Betracht lassend einander gleich sein, so dass der entschlüsselte Bitstrom am Ausgang des Modulo—2—Addierers 27 folglich auch dem Bitstrom am Eingang des Modulo-2-Addierei's 19 in Fig. 2a völlig entspricht.

Der entschlüsselte Bitstrom wird in Fig. 2c in einen Pufferspeicher 29 unter Ansteuerung des zurrückgewonnenen Uebertragungstaktimpulssignals am Ausgang der Taktrückgewinnungsschaltung Zk eingeschrieben. Dieses Uebertragungstaktimpulssignal wird zugleich einem Zeitsteuerkreis 30 zugeführt, der aus diesem Uebertragungstaktimpulssignal das Datentaktimpulssignal erzeugt, das an einem Ausgang 3I verfügbar ist und dem Pufferspeicher 29 zum Steuern des Auslesens der eingeschriebenen Datenbits zugeführt ,wird. Der auf diese Weise erhaltene Datenbitstrom wird zusammen mit dem Datentaktimpulssignal am Aus-* gang 31 des Zeitsteuerkreises 30 einer Datensenke 32 zur Weiterverarbeitung zugeführt. Auch das Selektieren der in die aufeinanderfolgenden Uebertragungsrahraen eingefügten zusätzlichen Bits erfolgt unte^ Ansteuerung des Zeitsteuerkreises 30, der dazu an einem Ausgang 33 Steuerimpulse zum Pufferspeicher 29 abgibt, um die eingefügten zusätzlichen Bits einzeln auszulesen.

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Diese zusätzlichen Bits sind an einem Ausgang 3^ Pufferspeichers 29 verfügbar und werden zur Ueberwachung der Bitfehlermöglichkeiten einem Monitor 35 zugeführt, der beim Ueberschreiten eines vorgeschriebenen Wertes der Bitfehler Alarm gibt. Zugleich werden diese zusätzlichen Bits am Ausgang J>h des Pufferspeichers einem Synchronisationskreise 36 zugeführt, dem auch das zurückgewonnene Uebertragungstaktimpulssignal zum Erzeugen eines Synchronsignals, das an einem Ausgang 37 verfügbar ist, zugeführt wird und das dazu verwendet wird, den Zeitsteuerkreis 30 mit den Uebertragungsrahmen des entschlüsselten Bitstromes zu synchronisieren.

Aus dieser Beschreibung der Empfängerperipherieapparatur 6 in Fig. 2c folgt, dass dieneingefügten zusätzlichen Bits auch im regenerativen Teil 9 jeder Zwischenstelle 7 nach Fig. 2b auf ähnliche Weise dem Bitstrom entnommen werden können, aber dass dazu in jeder Zwischenstelle 7 eine selbstsynchronisierende Entschlüsselungsanordnung verwendet werden muss, was u.a. aus wirtschaftlichen Gründen nachteilig ist.

Diesem Nachteil wird jedoch weitgehend begegnet, wenn das digitale Uebertragungssystem nach Fig. 1 entsprechend der Erfindung ausgebildet wird, wobei Fig. 3a, 3b und 3c für diesen Fall das Block-

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Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der Senderperiplierieapparatur 2, des regenerativen Teils 9 der Zwischenstellen 7 bzw. der Empfängerperipherieapparatur

6 zeigen.

In dem erfindungsgemässen Uebertragungssystem enthalten die Senderperipherieapparatur 2 (Fig. 3a) sowie die Empfängerperipherieapparatur 6 (Fig. 3c) einen Übertragungstaktimpulszähler 38, 38' mit einer Endzählstellung, die zu der Anzahl Bitstellen pro Uebertragungsrahmen in einer gegebenen festen Beziehung steht, wobei die Zähler 38, 38· in der Endzählsteilung einen Zählimpuls abgeben. ¥eiter enthalten die Verschlüsselungsanordnung I5 (Fig. 3&) sowie die Entschlüsselungsanordnung 26 (Fig. 3^C) e-inen Impulsmustergenerator 39» 39' zum Erzeugen eines gegebenen festen Verschlüsselungsimpulsmusters. Diese Impulsmustergeneratoren 39» 39* werden durch den Stellimpuls der genannten Zähler 38, 38' in einen gegebenen Ausgangserzeugungszustand gebracht. Ausserdem enthalten die regenerativen Teile 9 (^ig. 3b) der Zwischenstellen

7 sowie die Empfängerperipherieapparatur 6 (Fig. 3c) Mittel zum Selektieren der in die aufeinanderfolgenden Uebertragungsrahmen eingefügten zusätzlichen Bits auf Basis der genannten festen Beziehung zwischen der Endzählstellung und der Anzahl Bitstellen pro- Uebertragungsrahmen, wobei diese Selektionsmittel in der

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Empfängerperipherieapparatur 6 (Fig. 3c) zugleich Synchronimpulse zum Synchronisieren des Uebertragungstalct impuls zähle rs 38' i*¹ dieser Peripherieapparatur mit dem Uebertragungstalctimpulszähler 38 iⁿ der Senderperipherieapparatur 2 (Fig. 3^a) abgeben.

Die entsprechenden Teile der Senderperipherieapparatur · 2 in Fig. 3a und in Fig. 2a sind mit denselben Bezugszeichen angegeben. So enthält die in Fig. 3^a dargestellte Peripherieapparatur 2 auch eine Datenquelle 11, eine Quelle 12 zum Liefern der in die aufeinanderfolgenden Uebertragungsrahmen einzufügenden zusätzlichen Bits, einen Pufferspeicher 13> einen Zeitsteuerkreis 14 und eine Verschlüsselungsanordnung mit einem Modulo-2-Addierer I9. Die Peripherieapparatür 2 in Fig. 3^a unterscheidet, sich jedoch von der aus Fig. 2a dadurch, dass sie einen Uebertragungstaktimpulszähler 38 zum Zählen der · Taktimpulse in dem Uebertragungstaktimpulssignal des Zeitsteuerkreises 14 enthält, wobei der Zähler 38 eine Endzählstellung C mit einer gegebenen festen Beziehung zu der Anzahl F der Bitstellen pro Uebertragungsrahmen aufweist, und dadurch, dass die Verschlüsselungsanordnung I5 nun nicht von dem selbstsynchronisierenden Typ ist, sondern.einen Impulsmustergenerator 39 enthält, der durch einen Stellimpuls des Zählers 38 beim Erreichen der Endstellung C in einen Ausgangserzeugungszustand

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S gebracht wird. Dieser Impulsmustergenerator 39 "wird durch, das TJebertragungstaktimpulssignal des Zeitsteuer— kreises 14 gesteuert, und wenn der Stellimpuls des Zählers 38 ausser Betracht gelassen wird, erzeugt dieser Generator 39 ein periodisches binäre Impulsmuster und durchläuft im Rhytmus der Taktimpulse einen Zykklus von P verschiedenen Erzeugungszuständen S₁, S ,....S . Derartige Impulsmustergeneratoren werden meistens als Schieberegister mit einer Anzahl ρ Elemente und mit . einer Modulo-2-Rückkoioplungslogik ausgebildet. Bei einer geeigneten Wahl dieser Modulo-2-Rückkopplungslogik ist die Anzahl P der Erzeugungszustände und folglich auch der Bitstellen des erzeugten Impulsmusters gleich

2 -1 für ρ Schieberegisterelemente, in welchem Fall . der Impulsmustergenerator als lineares Schieberegister für Maximallänge-Reihe bekannt ist. Nähere Einzelheiten in bezug auf die Eigenschaften und Ausführungsformen eines derartigen Generators zum Erzeugen eines vorgeschriebenen Inpulsmusters lassen sich beispielsweise in dem Buch "Digital Communications with Space Applications" von Salomon ¥. Colomb, Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Jersey, 1964, insbesondere das Kapittel 2 und der Anhang 3 finden. Die endgültige Anzahl Bitstellen des vom Generator 39 erzeugten festen VerschlÜsselixngsimpulsmusters hängt von der Wahl der Endzählsteilung C ab, wobei der Zähler 38 einen

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Stellimpuls abgibt, der den Generator 39 iⁿ den Ausgangs er zeugungs zu stand S bringt. ¥enn C kleiner ist oder gleich. P, ist diese endgültige Anzahl Bitstellen gleich C, und der Generator 39 durchläuft einen Zyklus von C Erzeugungszuständen S , S ,....,Sq.

Die gegebene feste Beziehung zwisehen der Endzählsteilung C des Uebertragungstaktimpulszählers und der Anzahl F der Bitstellen pro Uebertragungsrahmen kann verschiedenartig gewählt werden. Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Senderperipherieapparatur 2 in Pig. 3^a wird nun als Beispiel vorausgesetzt, dass

C = P = η
F = η + 1

ist und dass die in einer gegebenen Lage aufeinanderfolgender liebertragungsrahmen als Testbits eingefügten zusätzlichen Bits alle denselben Binärwert aufweisen. Wenn nun der Impulsmustergenerator 39 sich in einem bestimmten Erzeugungszustand für die Tes"tbitlage eines bestimmten Uebertragungsrahmens befindet, wird dieser Generator 39 für die Testbitlage des folgenden Uebertragungsrahmens sich gerade in dem folgenden Erzeugungs zu st and befinden, so dass die Testbitlagen aufeinfolgender Uebertragungsrahmen immer mit auf-

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einanderfolgenden Erzeugungszuständen in dem' Zyklus des Impulsraustergenerators 39 zusammenfallen. Für den verschlüsselten Bitstrom am Ausgang des Modulo-2-Addierers I9 hat dies zur Folge, dass die Bits in der Testbitlage aufeinanderfolgender Uebertragungsrahmen ein Muster bilden, das bei als Testbits eingefügten zusätzlichen Bits mit einem Binärwert "O" dem Verschluss elungsimpulsmuster des Generators 39 und das bei als Testbits eingefügten zusätzlichen Bits mit einem Binärwert "1" dem logischen invertierten Verschlüsselungsimpulsmuster entspricht. Da dieses Verschlüsselungsimpulsmuster völlig bekannt ist im Gegensatz zu dem Verschlüsselungsimpulsmuster der ε elbs t synchroni s ie renden Vers chlü s s elungs anordnung in Fig. 2a, das ja auch durch die vorhergehenden Bits in dem zu verschlüsselenden Bitstrom bestimmt wird, bilden die Bits in den Testbitlagen des verschlüsselten Bitstromes am Ausgang dei· Verschlüsselungsanordnung 15 in Fig. 3a· ebenfalls ein völlig bekanntes Muster, so dass dieses Testbitmuster auf einfache Weise wiedererkannt werden kann.

Die obenstehend beschriebene Wirkungsweise der Senderperipherieapparatur 2 in Fig. 3a wird durch die Zeitdiagramme der Fig. k weiter erläutert. Das Zeitdiagramm a. in Fig. k zeigt den Bitstrom der Datenquelle 11, der im Rhythmus des Datentaktimpuls-

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signals in den Pufferspeicher I3 eingeschrieben wird. Unter Ansteuerung des Zeitsteuerkreises 14 werden aufeinanderfolgende TJebertragungsrahmen von F= (n + 1) Bits gebildet, worin jeder der aufeinanderfolgenden Gruppen von η Datenbits aus dem Zeitdiagramm a in einer bestimmten Bitlage ein zusätzliches Bit als Testbit zugefügt wird. Das Zeitdiagramm b in Fig. K zeigt den Bitstrom, der im Rhythmus des Uebertragungstaktimpulssignals aus dem Pufferspeicher I3 ausgelesen wird, für den Fall, dass in der Bitlage (n + 1) jedes Uebertragungsrahmens ein durch χ bezeichnetes Testbit eingefügt wird. Das Zeitdiagramm £ in Flg. k zeigt die Zählstellung des Uebertragungstaktimpulszählers 38 und mit Hilfe von Pfeilen zugleich die Zeitpunkte, wo dieser Zähler 38 nach Erreichen der Endzählstellung C = η dem Impulsmustergenerator 39 einen Stellimpuls abgibt. Infolge der gewählten Beziehung zwischen der Endzählstellung C und der Anzahl F der Bitlagen pro TJebertragungsrahmen tritt dieser Stellimpuls jeweils in einem folgenden Uebertragungsrahmen um eine Bitsteile früher auf. Das Zeitdiagramm d. in Fig. 4 zeigt die aufeinanderfolgenden Erzeugungszustände S , S ...,S

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des Impulsmustergenerators 39 j der jeweils durch einen Stellimpuls des Zählers 38 in den Ausgangserzeugungs- 2-5 zustand S gebracht wird. Aus den Zeitdiagrammen b und d. geht hervor,- dass das erste Testbild χ mit dem

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Erzeugungszustand S₁, das zweite Testbit χ mit dem Ei-zeugungszustand S usw. zusammenfällt. In dem verschlüsselten Bitstrom bilden die in der Bitlage (n + i) aufeinanderfolgender Uebertragungsrahnien auftretenden Bits also ein periodisches Testbitmuster, das abhängig von dem für das Testbit χ gewählten Binärwert dem festen Verschlüsselungsimpulsmuster des Generators 39 oder dessen logisch invertiertem Yert entspricht. Die Periode dieses festen Testbitmusters entspricht der der Endzählstellung C = η entsprechenden Anzahl Uebertragungsrahmen von F= (n + 1) Bitstellen.

Durch Anwendung der beschriebenen Massnahmen in der Senderperipherieapparatur 2 aus Fig. Ja ist also das Testbitmuster in der Bitstelle (n + 1 ) der Uebertragungsrahmen des verschlüsselten Bitstromes völlig bekannt. Dieses Testbitmuster kann daher auf einfache Weise aus dem verschlüsselten BitscxOin selektiert werden, und zwar unter Verwendung an sich bekannter Techniken zum Selektieren eines verteilten Synchx-onisationsbitmusters aus Zeltmultiplexsignalen, ohne dass dazu der verschlüsselte Bxtstrom entschlüsselt zu werden braucht.

Auf entsprechende Weise enthalten die regenerativen Teile 9 und 23 der Zwischenstellen 7 (Fig.

3t>) bzw. der Empfängerperipherieapparatur 6 (Fig. 3c) eine Selektionsanordnung 4θ, 4θ' die an den Ausgang

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der bereits vorhandenen Taktrückgewinnungsschaltungen 21, 24 und Regeneratoren 22, 25 angeschlossen ist. Diese Selektionsanordnungen 4o, 4O' können verschiedenartig ausgebildet werden. Als Beispiel zeigt Fig. 3^D eine Ausführungsform der Selektionsanordnung 40 in dem regenerativen Teil 9 der Zwischenstelle 7> die sich für Testbildmuster in Form von linearen Schieberegisterreihen maximaler Länge gut eignet, also im vorliegenden Fall, wenn η = 2 - 1 ist. Diese Selekt ions anordnung 4θ in Fig. 3t> enthält einen an den Ausgang des Regenerators angeschlossenen Bitselektor 41 zum Selektieren der Bits in einer bestimmten Bit— stelle der aufeinanderfolgenden Uebertragungsrahmen und einen an den Ausgang der Taktrückgewinnungsschaltung 21 angeschlossenen Einstellkreis 42 für den Bitselektor 4i. Wenn das Testbitmuster in einer bestimmten Bitstelle der Uebertragungsrahmen gefunden worden ist, ist dieser Einstellkreis 42 gesperrt, aber wenn das Testbitmuster noch nicht gefunden ist oder ver— loren gegangen ist, stellt dieser Einstellkreis 42 den Bitselektor 41 jeweils auf eine andere Bitstelle der Uebertragungsrahmen ein, bis die Bitstelle für das Testbit gefunden wird. An den Ausgang des Bitselektors 41 ist ein Musterdetektionskreis 43 angeschlossen mit einem Musterwandler kh, einem Integrator 45 für das umgewandelte Muster und einem

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Steuerkreis 46, der an den Integrator 45 angeschlossen ist und ein Sperrsignal für den Einstellkreis 42 abgibt, wenn das Ausgangssignal des Integrators 45 eine bestimmte Schwelle innerhalb eines Zeitintervalls, das auch durch die Periode des Testbitmusters bestimmt wird, tiberschreitet. Der Musterwandler 44 wandelt im allgemeinen ein vom Bitselektor 4i herrührendes beliebiges Bitmuster in ein ebenfalls beliebiges Impulsmuster um, nur das Testbitmuster aber in eine Reihe äquidistanter Impulse . Die Integration dieser letzten Reihe von Impulsen im Integrator 45 führt zu einem Signal, das die Schwelle des Steuerkreises 46 innerhalb des genannten Zeitintervalls überschreitet. Diese Schwelle wird derart gewählt, dass auch eine vorgeschriebene beschränkte Anza.hl Bitfehler im Testbitmuster zugelassen werden kann, ohne dass dies zu einer Einstellung des Bitselektors 41 auf eine andere Bitstelle der Uebertragungsrahmen führt. Nähere Einzelheiten in bezug auf diese Selektionsanordnung 4o und die darin verwendeten Musterwandler 44 lassen sich in der U.S. Patentschrift 3.6I9.5IO finden.

Mit Hilfe dieser Selektionsanordnung 4o in Flg. 3t> können verschiedene Signale auf einfache Weise dem regenerierten verschlüsselten Bitstrom entnommen werden, nachdem die Bitstelle des Testbits in den

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Uebertragungsrahmen gefunden worden Ist. So 1st' das Tesfbitmuster selbst am Ausgang 47 verfügbar, der mit dem Ausgang des Bitselektors 4i verbunden ist. Weiter ist ein zur Fehlerüberwachung besonders geeignetes Signal an einem Ausgang 48 verfügbar, der mit dem Ausgang des Musterwandlers 44 verbunden ist. Etwaige Bitfehler in dem Testbitmuster verursachen ja das Fehlen entsprechender Impulse in der Reihe normalerweise äquidistanter Impulse am Ausgang des Musterwandlers 44, so dass ein an den Ausgang 48 angeschlossener Monitor 49 zur Ueberwachung der Bitfehlermöglichkeit nur dieses Fehlen von Impulsen zu ermitteln braucht und folglich besonders einfach ausgebildet werden kann. Zum Schluss ist es möglich,.nicht nur die Bitstelle des Testbits in jedem Uebertragungsrahmen, sondern auch die Phasenbeziehung des periodischen Testbitmusters gegenüber den aufeinanderfolgenden Uebertragungsrahmen zu finden. Es gibt ja zwischen dem Testbitmuster und dem Verschlüsselingimpulsmuster des Impulsmustergenerators 39 in Fig. 3^- einen festen Zusammenhang und folglich auch zwischen dem Testbitmuster und dem Zyklus der Erzeugungszustände S₁, S ,...S des Generators 39 eine feste Phasenbeziehung. Nun lässt sich darlegen, dass bei einer geeigneten Ausbildung des Musterwandlers 44 (siehe die letztgenannte U.S. Patentschrift ) mit Hilfe eines an den Musterwandler

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angeschlossenen Zustandsdetektors 50 einmal in jeder Periode des Testbitmusters ein Impuls abgeleitet werden kann, der die Bitstelle von beispielsweise Erzeugungszustand S in dem dann auftretenden Uebertragungsrahmen angibt und damit folglich auch die Phasenbeziehung des Testbitmusters gegenüber den aufeinanderfolgenden Uebertragungs rahmen. Diese von dei» Zustandsdetektor 50 herrührenden Impulse sind an einem Ausgang 51 der Selektionsanordnung 4O in Fig. 3^ verfügbar« Von dieser letzten Möglichkeit wird meistens kein Gebra.uch gemacht werden in den regenerativen Zwischenstellen 7 5 aber sie wird wohl in der Empfängerperipherieapparatur 6 benutzt, die in Fig. 3c dargestellt ist. Die entsprechenden Teile der Peripherieapparatur 6 in Fig. 3c und Fig. 2c sind mit gleichen Bezugszeichen angegeben. Wie bereits erwähnt, enthält auch der regenerative Teil 23 der Peripherieapparatur 6 in Flg. 3c eine Selektionsanordnung kO', die auf dieselbe Art und Weise ausgebildet werden kann wie die Selektionsanordnung 4o in Fig. ya und deswegen nicht detailliert in Fig. 3c dargestellt ist. Die am Ausgang 51' verfügbaren Impulse, die ja einmal pro Periode des Testbitmusters die Bitstelle beispielsweise des Erzeugungszuständs S und damit also die gewünschte Zählstellung des Uebertragungstaktimpulszählers 38' angeben, dazu werden verwendet, diesen Zähler 38' mit

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dem Uebertragungstaktimpulszähler 38 in der Senderperipherieapparatur 2 aus Fig. 3a zu synchronisieren. Da auch die Impulsmustergeneratoren 39> 39' in der Verschlüsselungsanordnuiig I5 der Fig. 3a bzw. Entschlüsselungsanordnung 26 der Fig. Jc identisch sind, werden auch die Verschlüsselungsimpulsmuster für die Modulo-2-Addierer 19» 27 einander entsprechen. Die der Entschlüsselungsanordnung 26 nachgeschalteten Teile der Empfängerperipherieapparatur 6 in Fig. 3^C unterscheiden sich darin von denen der Fig. 2c, dass der Synchronisationskreis 36 der Fig. 2c in Fig. 3c fortfallen kann, weil seine Aufgabe durch die Selektionsanordnung 40' erfüllt werden kann. ,Das am Ausgang 48' verfügbare Signal wird ja normalerweise durch eine Reihe äquidistanter Impulse gebildet, die in der Testbitstelle der aufeinanderfolgenden Uebertragungsrahinen auftreten und folglich dazu verwendet werden können, den Zeitsteuerkreis 30 mit den Uebertragungsrahmen zu synchronisieren.

In der obenstehenden Erläuterung wurde vorausgesetzt, dass die als Testbits eingefügten zusätzlichen Bits der Quelle 12 in Fig. 3a alle denselben binären ¥ert haben. ¥eiter ist als Beispiel die Beziehung C=F-I zwischen der Endzählstellung C der Uebertragungstaktimpulszähler 38, 38' und der Anzahl F der Bitstellen pro Uebertragungsrahmen gewählt wor—

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den. Unter Beibehaltung der obengenannten Voraussetzung können auch andere feste Beziehungen zwischen C und F gewählt werden. So führt beispielsweise die Beziehung C = F + 1 zu einem Testbitmuster, das dem Zeitinvertierten Verschlüsselungsimpulsmuster des Impulsmustergenerators 39 für eingefügte zusätzliche Bits mit einem Binärwert "0" entspricht und das dem logisch invertierten Yert des zeitinvertierten Verschlüsselungsimpulsmusters für eingefügte zusätzliche Bits mit einem Binärwert "1" entspricht, wie auf einfache Weise gefunden werden kann. Im allgemeinen kann die obengenannte Voraussetzung beibehalten werden, wenn C und S keine gemeinsamen Faktoren aufweisen und folglich ein relatives Primzahlenpaar bilden.

Es können jedoch noch andere Beziehungen zwischen C und F gewählt werden, die für praktische Anwendung in dem vorliegenden Uebertragungssys tem geeignet sind, wenn die obengenannte Voraussetzung verlassen wird. Eine durchaus verwendbare Beziehung ist beispielsweise C=F. Wenn diese Beziehung in der Senderperipherieapparatur 2 aus Fig. 3^a für F = (n + 1) = C angewandt wird, bedeutet dies, dass die Testbitstellen aufeinanderfolgender Uebertragungsrahmen immer mit nur einem bestimmten Erzeugungszustand S des Impulsmustergenerators 39 zusammenfallen. In diesem Fall wird die Quelle 12 in Fig. 3^- durch ei-

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nen Generator zum Liefern eines pseudobeliebigen Bitmusters, beispielsweise eine lineare Schieberegisterreihe mit maximaler Länge, gebildet. Für den verschlüsselten Bitstrom am Ausgang des Modulo-2-Addierers 19

hat dies zur Folge, dass die Bits in den Testbitstellen aufeinanderfolgender Uebertragungsrahmen ein Muster bilden, das dem festen pseudobeliebigen Bitmuster der Quelle 12 oder dem logischen invertierten Wert
desselben abhängig von dem binären Wert des Bits in

dem festen Verschlüsselungsimpulsmuster, das diesem
Erzeugungszustand S des impulsmustergenerators 39
zugehört, entspricht. Auch in diesem Fall ist das
Testbitmuster völlig bekannt, so dass es auf die bereits eingehend erläuterte Art und Weise in regenerativen Teilen 95 23 der Zwischenstellen 7 und der Empfängerperipherieapparatur 6 mit Hilfe von Selektionsanordnungen hO, 40', die für dieses Testbitmuster eingerichtet werden, selektiert werden kann.

Die obenstehend beschriebene Wirkungsweise

der Senderperipherieapparatur 2 in Fig. 3a wird durch die Zeitdiagramme der Fig. 5 erläutert. Die Zeitdiagramma a und b in Fig. 5 entsprechen den Zeitdiagrammen _a und b_ der Fig. h und zeigen den Bitstrom der
Datenquelle 11, der in den Pufferspeicher I3 einge-

schrieben wird, und den Bitstrom, der im Rhythmus

des Uebertragungstaktsignals aus dem Pufferspeicher

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13 ausgelesen wird für den Fall, dass in der Bitstelle (n + 1 ) jedes Uebertragungsrahmens ein durch, χ bezeichnetes Testbit eingefügt wird. Im Gegensatz zu Fig. h haben die Testbits χ in aufeinanderfolgenden Uebertragungsrahmen aus Fig, 5 nicht denselben Binärwert, sondern sie bilden das feste pseudobeliebige Bitmuster der Quelle 12. Das Zeitdiagramm £ in Fig. 5 zeigt die Zählstellung des Uebertragungstaktimpulszählers 38 und mit Hilfe von Pfeilen die Zeitpunkte, wo dieser Zähler 38 nach Erreichen der Endzählstellung C= (n + 1) dem Impulsmustergenerator 39 einen Stellimpuls abgibt. Diese Zeitpunkte brauchen nicht unbedingterweise mit dem Anfang jedes der Uebertragungsraiunen zusammenfallen, aber in der Praxis wird dieses Zusammenfallen wohl bevorzugt, weil dann dem Zähler, der im Zeitsteuerkreis 14 bereits zum Verteilen des Bitstromes in Uebertragungsralimen mit F= (n + 1) Bitstellen pro Uebex-tragungsrahmen vorhanden 1st, zugleich der Stellinipuls, um den Impulsmustergenerator 39 in den Ausgangserzeuguiigszustand S zu bringen, entnommen werden kann, und ein eigener Uebetragungstaktimpulszähler 38 kann also fortfallen. Das Zeitdiagramm c[ in Fig. 5 zeigt die aufeinanderfolgenden Erzeugungszustände S , S ,...,S ₁ des Impulsmustergenerators

39. Aus den Zeitdiagrammen b und d ergibt such deutlich, dass die Teatbits χ in aufeinanderfolgenden

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Uebertragungsrahmen immer mit demselben Erzeugungszustand S ₁ des Impulsmustergenerators 39 zusammenfallen.

Da in diesem Fall die Testbitmuster in dem zu verschlüsselnden Bitstrom und dem verschlüsselten Bitstrom entweder einander entsprechen oder einer des anderen logischer invertierter Wert ist und dies also auch für den entschlüsselten Bitstrom gilt im Gegensatz zu dem an Hand der Fig. k erläuterten Fall, kann dem entschlüsselten Bitstrom die Information zum Synchronieren des Uebertragungstaktimpulszählers 38' in der Empfängerperipherieapparatur 6 entnommen werden.

Flg. 6 zeigt eine Abwandlung der Empfängerperipherieapparatur 6 in Fig. 3c, worin von dieser letzten Möglichkeit Gebrauch gemacht wird. Die entsprechenden Teile der Peripherieapparatur 6 in Fig. 6 und Fig. 3c sind mit denselben Bezugszeichen angegeben. In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 fehlt die Selektionsanordnung 40' aus Fig. 3° im regenerativen Teil 23, aber dagegen ist der Synchronisationskreis 36 aus Fig. 2c vorhanden, weil die Aufgabe der Selektionsanordnung 4O'aus Fig. 3c in diesem Fall durch diesen Synchronisatioiiskrels 36 in Zusarnmenax-beit mit dem Pufferspeicher 29 und dem Zeitsteuerkreis 30 völlig erfüllt werden kann. Aus Fig. 6 geht

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hervor, dass diese Ausführungsform der Peripherieapparatur 6 der bekannten Ausführungsform nach Fig. 2c weitgehend entspricht. Die Ausführungsform nach Fig. 6 unterscheidet sich jedoch von der nach Fig. 2c dadurch, dass in Fig. 6 ein Uebertragungstaktimpulszähler 38' vorhanden ist, der einen Impulsmustergenerator 39' beim Erreichen der Endzählstellung C= (n + 1) in den Ausgangserzeugungszustand S bringt. Dieser Synchronisationskreis 36 kann auf ähnliche ¥_eise wie die Selektionsaiiordnungen 40, ho* in den Zwischenstellen 7 nach Fig. Jh und die Peripherieapparatur 6 nach Fig. Jc aufgebaut werden. An einem Ausgang $2 des Synchronisationskreises 36 ist dann ein Signal zum 'Synchronisieren des Uebertragungstaktimpulszählers 38' in Fig. 6 mit dein Uebertragungstaktimpulszähler 38 in Fig. 3a. vorhanden. Wenn die Stellimpulse des Uebertragungstaktimpulszählers 38 mit dem Anfang jedes der Uebertragungsrahmen zusammenfallen, kann der Stellimpuls zum Bringen des Impulsmustergenerators 39' in den Ausgangserzeugimgszustand S auch dem Zeitsteuerkreis 30 entnommen werden, so dass der einzelne Uebertragungstaktimpulszähler 38' in der Peripherieapparatur 6 fortfallen kann, ebenso wie übrigens der Uebertragungstaktimpulszähler 38 in der Peripherieapparatur 2, wie dies bereits erwähnt wurde.

Obenstehendes wurde für die Beziehung C=F

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zwischen der Endzählstellung C des Uebertragungstaktimpulszählers 38 und der Anzahl F der Bitstellen pro Uebertragungsrahmen erläutert, kann aber mutatis mutandis auch angewandt werden, wenn die Beziehung C = F/m gewählt wird, wobei m eine ganze Zahl ist, weil auch dann die Testbits χ in den aufeinanderfolgenden Uebertragungsrahmen immer mit denselben Erzeugungszustand S des Impulsmustergenerators 39 zusammenfallen, wie auf einfache Weise nachgewiesen werden kann.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das beschriebene digitale Uebertragungssystem wichtige Vorteile bietet. So ist es bei Anwendung der beschriebene Massnahmen nicht nur möglich, die als Testbits eingefügten zusätzlichen Bits aus dem verschlüsselten Bitstrom zu selektieren, ohne diesen zu entschlüsseln, und diese Testbits zur Ueberwachung des den betreffenden Zwischenstellen vorhergehenden regenerativen Abschnittes zu verwenden, sondern, es ist auch möglich, bei Ermittlung einer falschen Funktion dieses vorhergehenden regenerativen Abschnitts die empfangenen Testbits in dem regenerierten Bitstrom zu unterdrücken und durch Alarmbits in den für diese Testbits bestimmten Bitstellen zu ersetzen. Dadurch, dass für diese Alarmbits ein für die betreffende Zwischenstelle kennzeich- nendes Alarmbitmuster gewählt wird, kann die Eropfängerendstelle beim Empfang dieses kennzeichnenden Alarm-

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bitmusters ohne weitere Fehlerortung ermitteln, dass der der betreffenden Zwischenstelle vorhergehende regenerative Abschnitt nicht einwandfrei funktioniert. In dem beschriebenen Uebertragungssystem wird ausser— dem ein Verschlüssler-Entschlüsslertyp verwendet, der keine Bitfehlermultiplikation einführt im Gegensatz zu dem selbstsynchronisierenden Verschlüssler und Entschlüssler, der in den bekannten Uebertragungssystemen verwendet wird und der eine Bitfehlermultiplikation herbeiführt.

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Leerseite

Claims

kV. Philips¹ eioeüamprr-sbrite, Einten ' - phn 8902

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PATENTANSPRUECHE:

DigitaJ.es Uebertragungssystem mit einer Anzahl regenerativer Zwischenstellen, die zusammen eine digitale Verbindung zwischen einer Senderendstelle und einer Empfängerendstelle bilden, wobei die Endstellen je mit zugehörender digitaler Peripherieapparatur versehen sind und die Senderperipherieapparatur Mittel zum Verteilen des zu übertragenden Bitstromes in aufeinanderfolgende Uebertragungsrahmen mit einer festen Anzahl Bitstellen und zum Einfügen mindestens eines zusätzlichen Bits in eine gegebene Bitstelle jedes der aufeinanderfolgenden Uebertragungsrahmen und weiter eine Verschlüsselungsanordnung enthält, in der der auf diese Weise erhaltene Bitstrom mit einem Verschlüsselungsimpulsmuster modulo-2 kombiniert wird, und zwar zum Erzeugen eines verschlüsselten Bitstromes zur Uebertragung über die digitale Verbindung, und wobei die Empfängerperipherieapparatur eine Entschlüsselungsanordnung zum Entschlüsseln des der digitalen Verbindung entnommen verschlüsselten Bitstromes und weiter Mittel enthält zum Selektieren der in die aufeinanderfolgenden Uebertragungsrahmen eingefügten zusätzlichen Bits, dadurch gekennzeichnet, dass die Sender- sowie die Empfangerperipherieapparatur (2 bzw. 6) einen Uebertragungstaktimpulszähler (38, 38') mit einer Endzählstellung enthalten, die mit

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der Anzahl Bitstellen pro Uebertragungsrahmen in einer gegebenen festen Beziehung steht, welche Zähler in der Endzählstellung einen Stellimpuls abgeben, dass die Verschlüsselungs- sowie die Entschlüsselungsanordnung (15 bzw. 2.6) mit einem Impulsmustergenerator (39> 39') zum Erzeugen eines gegebenen festen "Verschlüsselungsimpulsmusters versehen sind, welche Impulsmustergeneratoren durch den Stellimpuls der genannten Zähler in einen gegebenen Ausgangserzeugungszustand gebracht werden, und dass die regenerativen Zwischenstellen (7) sowie die Empfängerperipherieapparatur (6) Mittel enthalten zum Selektieren der in die aufeinanderfolgenden Uebertragungsrahmen eingefügten zusätzlichen Bits auf Basis der genannten festen Beziehung zwischen der Endzählstellung und der Anzahl Bitstellen pro Uebertragungsrahmen, wobei die Selektionsmittel in der Empfängerpsripherieapparatur (6) zugleich Synchronimpulse zum Synchronisieren des Uebertragungstaktimpulszählers (38^!) in der Empfängerperipherieapparatur mit dem in der Senderperipherieapparatyr (2) abgeben.

2. Digitales Uebertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in eine gegebene Bitstelle jedes der aufeinanderfolgenden Uebertragungsrahmen eingefügten zusätzlichen Bits alle denselben binären Wert aufweisen und dass die Endzählstellung

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des Uebertragungstaktimpulszählers (38, 38') und die Anzahl Bitsteilen pro Uebertragungsrahmen ein relatives Primzahlenpaar bilden.

3» Digitales Uebertragungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in eine gegebene Bitstelle jedes der aufeinanderfolgenden Uebertragungs· rahmen eingefügten zusätzlichen Bits ein festes und periodisch pseudobeliebiges Bitmuster bilden und dass die Endzählsteilung des Uebertragungstaktimpulszählers (38> 38') der Anzahl Bitstellen pro Uebertragungsrahmen bzw. einem Untervielfachen derselben entspricht.

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