DE2759106C2

DE2759106C2 - Schaltungsanordnung zum Codieren oder Decodieren von Binarinformationen

Info

Publication number: DE2759106C2
Application number: DE2759106A
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. 8021 Hohenschaeftlarn Herkert
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-12-30
Filing date: 1977-12-30
Publication date: 1979-04-05
Also published as: DE2759106B1; EP0003480B1; EP0003480A2; US4242752A; JPS54105935A; NO784376L; EP0003480A3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Codieren oder Decodieren, mit einer Einrichtung zur Bildung einer Zahl von Kontrollbits in Abhängigkeit von mehrere Stellen aufweisenden Binärmformationen unter Verwendung eines zyklischen Codes, wobei mittels eines Codieren ein Informations polynom durch ein Generatorpolynom geteilt wird, und der sich bei der Teilung ergebende Rest das Ergebnis der Codierung ist

Eine derartige Schaltungsanordnung ist z. B. aus dem Buch von ]. Swoboda, »Codierung zur Fehlerkorrektur und Fehlererkennung«, Seite 108, bekannt

Zur Codierung und Decodierung von Impulstele-

grammen werden häufig zyklische Codes verwendet Derartige Codes bieten bei einer bestimmten Anzahl von KontroUschritten bzw. bei vorgegebener Redundanz die größtmögliche Wahrscheinlichkeit der Fehlererkennung. In einem zyklischen Code ist ein Telegrammpolynom dann gültig, wenn es durch ein Generatorpolynom ohne Rest teilbar ist Interessant ist also immer der Divisionsrest nicht aber das Divisionsergebnis. Jedes Telegrammpolynom ist daher auch ein

ίο Vielfaches eines Generatorpolynoms. Ebenso muß das Telegrammporynom einen größeren Grad haben als das Generatorporynom, sonst ist es nicht mehr durch das Generatorpolynom teilbar.

Polynome mit einem Grad kleiner a5s das Generatorts poynom bilden die Restpolynotne oder Reste oder Restpotenzen des Generatorpotvnoms. Aus ihnen werden beim Senden eines Telegramms die Kontrollschritte gebildet Beim Senden eines Telegramms wird an die Nachrichtenbits ein solches Kontroübitmuster angehängt daß das Telegrammporynom wiederum ohne

Rest durch das GcncrstorpaSynoni ieäbar isi. Die Wahl

des Generatorpolynoms bestimmt die Codedistanz und damit die Wahrscheinlichkeit der Fehlererkennung.

Es ist bekannt zur Division eines Telegramaipoty-

noms durch ein Generatorporynom ein rückgekoppeltes Schieberegister zu verwenden. Die Anzahl der Zellen des Schieberegisters Lt so groß, wie der Grad des Generatorporynoms, und die Rückkopphingsschleifen werden dem Aufbau des Generatorpolynoms entsprechend über Exkhisiv-ODER-Gneder ausgeführt Ein Takt schiebt das Telegrammporynom durch das Schieberegister, wobei es durch die Rückkopplungsschleifen durch das Generatorpolynom dividiert wird. Bei Telegrammende steht der Divisionsrest in den Zeilen des Schieberegisters. Ist der Divisionsrest in den Zellen log 0, so ist das Telegramm gültig.

Beim Aussenden eines Telegramms bildet der Divisionsrest in den Zellen die Kontrollschritte, die an die Nachrichtenbits des Telegramms an„t»hängt werden.

Durch die Möglichkeit über ein geeignetes rückgekoppeltes Schieberegister den Drvisk>nsrest zu ermitteln, der bei der Division eines Telegrammpolynoms durch ein Generatorpolynom entsteht haben die zyklischen Codes eine besondere Bedeutung gewonnen. Die Codierung und Decodierung zyklischer Codes hat jedoch z. B. bei schneller paralleler Datenübertragung ihre Grenzen oder bei Datenverarbeitungseinrichtungen, bei denen serielle Daten durch Ein-Ausgabe-Inter faces empfangen oder ausgesendet innerhalb der Verarbeitungseinrichtung jedoch parallel verarbeitet werden.

Eine weitere Schwierigkeit die sich bei der Verwendung rückgekoppelter Schieberegister ergeben kann, besteht darin, daß sich die Schaltungsanordnung zur Codierung an einen neuen Code oder an Codes mit unterschiedlicher Länge nicht oder nur mit sehr großem Schaltungsaufwand anpassen läßt

Aufgabe der Erfindung ist es dater. eine Schaltungsanordnung der vorstehend näher bezeichneten Art derart auszubilden, daß sie sich auf möglichst einfache Weise an die jeweiligen Erfordernisse anpassen läßt

Überlegungen im Rahmen der Erfindung haben ergeben, daß bei der Lösung dieser Aufgabe die Kontrollbits vorteilhaft durch mehrere aufeinanderfolgende Divisionsvorgänge gewonnen werden können.

Gemäß der Erfindung wird die Schaltungsanordnung derart ausgebildet, daß der Codierer eine Einrichtung zum Aufteilen der Binärinformation in mehrere Wörter

gleicher Bitzahl, einen Modulo-2-Addierer und einen Teilcodierer enthält, und daß der Teücodierer die ihm zugeführte Information durch das Generatorpolynom teilt und an seinem Ausgang den sich aus der Teilung ergebenden Rest abgä*, und daß die Wörter und jeweils der vom Teilcodierer zuvor ermittelte Rest dem Modulo-2-Addierer in zeitlicher Folge zuführbar sind, und daß die dem Ttr zugeführte Information die durch die Mooaio-2-Addhion gewonnene Information ist ίο

Dabei kann die Knäriefonnarion eine Parallel- oder Serienmformatkm, insbesondere ein Impulstelegramm sein. Die Binärinformatk» wird in mehrere gleich lange Teile zerlegt, die an Grenzfan aus einem Bh bestehen können. Der erste Te3 wkd durch das Generatorpoly- is Dom dividiert, der Divisionsrest auf den nächsten Informatiomieil mod-2 addiert usw., bis die Binärinformation verarbeitet ist.

Durch diese Maßnahmen ergibt sich der Vorteil, daß sich die Schattungsanordnong ohne aufwändige Schaltungsändenmgen an die Erfordernisse des Jeweiligen AnwendungsfaBes anpassen IaBt Sind die Wörter mehrere Bit breit, so BBt sich bei paralleler Datenverarbeitung eine besonders hohe Verarfoeitungsgescbwindigkeit erzjeten.

In weiterer Ansgestalmng der Erfindung wird die Schahungsanordnoag derartig ausgebildet, daß der Teilcodierer ein rückgekoppeltes, durch eine Einrichtung zur Ahbirfgiig röcksetzbares und taktsteaerbaresSchieoeregister ist. m das die durch Modulo-2-Ad- » dition gewonnene lufui million ab Paralleänformation eingebbar ist

Eine besonders hohe Geschwindigkeit läßt sich für die Codierung dadurch erzielen, daß der Teilcodierer ein Speicher nth wahlfreiem Zugriff 3t, der mit seinen » Adresseneingängen am Ausgang des Modulo-2-Addierers liegt und in dem je Adresse die sich durch Teilung der Adresse durch das Generatorporynom ergebende Information gespeichert ist.

Zweckmäßigerweise ist der Speicher mit wahlfreiem Zugriff ein nur lei Speicher bzw. ein sog. ROM. Weiterhin kann man dem Modulo-2-Addierer zweckmäSigerweise em dorcb dk Einrichtung zur Ablaufsteuerung steuerbares Register nachschalten.

In Weherbädang der Erfindung wird die Schaltung»- « anordnung derart ausgebädet daß die Bmarinformation dem Modulo-2-Addierer bitweise zugeführt wird, und daß die freien Eingänge des Modulo-2-Addierers an den logischen Zustand 0 gelegt scwL

Die Erfindung wird anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele näher erläutert

Es zeigt

F i g. I eine Schaltungsanordnung zur Telegrammcodierung und Decodienng mit einem Schieberegister und

F i g. 2 eine Schahungsanordnung zur Telegrammcodieruiig und Deoieng mit entern ROM.

Das Impulstelegramm bzw. Telegramm wird ab Polynom dargestcBt wobei der letzte Telegrammschritt den Grad Q erhalt «>

Telegramm t
Polynom

Beispiel
0 0 I f

ein Biunuster aus der Menge der Restpotenzen. Das Auffinden geeigneter Generatorpolynome für eine bestimmte Codedistanz ist Aufgabe der linearen Algebra. Das Generatorpotynom wird hier als gegeben vorausgesetzt Für die folgenden Erklärungen wird immer das Generatorpoiynom x*+x+\ verwendet

Die Koeffizienten des Polynoms nehmen die beiden Werte 0 und 1 ein. Zwei Polynome werden addiert, indem man die Variablen χ mit gleichem Exponenten addiert Die Addition der Koeffizienten folgt dem mod-2-Gesetz.

Ferner läßt sich das Polynom durch Multiplikation mit χ nach links verschieben. Diese Multiplikation mit χ entspricht einem Sdwrrxtakt

F i g. 1 zeigt eine Schaltungsanordnung für eine Codierung und Decodierung bei paralleler Telegrammverarbeiümg nut einem Register.

Bei dieser Schaltungsanordnung ist die Fernleitung 4 an ein Serien-Parallel-Interface bzw. den Serien-ParalleHJmsetzer 5 angeschlossen. Die über u& Fernleitung 4 seneD übertragene Bmärinfonnation win. mit Hilfe des Serien- Parallel-Umsetzers 5 in eine ParaDefinformatkm umgesetzt, die aas Wörtern zu je 4 Bh besteht f>e Wörter werden einerseits einein in der Einrichtung 11 enthalten«, in der Figur nicht dargestellten TeIeischenspeicher und andererseits dem Modulo-2 Addierer 7 zugeführt Der Modulo-2-Addierer 7 besteht aus den vier ExkkBrr-Oder-Gfiedeni 71 bis 74, die jeweils für eine Stete des Wortes eine Modulo-2 Addition durchfuhren. Die anderen Eingänge des Modulo-2-Addierers 7 sind mit dem Ausgang des Schieberegisters 2 verbunden.

Die Ausgänge der Exklusiv-Öder-Glieder des Modulo-2-Addierers 7 sind an das Register 8 geführt das von der Einrichtung 11, die zur Ablaufsteuerung dient und vorzugsweise durch eisen Microprozessor gebildet ist mit Strobeimpulsen 5 f und 52 gesteuert

Der Ausgang des Registers 8 ist an die Eingänge der Z> Flip-Flops 21 bis 24 geführt Diese D- Flip- Flops 21 bis 24 sind ab rückgekoppeltes Schieberegister geschaltet und bilden einen Teücodterer der die vom Register 8 abgegebene ParaDefinformation durch das Generatorpoiynom ji⁴ + *+1 te*. Die Takteingänge der AFlip-Flop* werden von der Einrichtung 11 nut einem Takt T, die Rücksetzeingänge mit Rücksetzimpulsen r beaufschlagt

An den Ausgängen der D-FBp-Fiops 21 bis 24 liegt der sich bei der Teilung durch das Generatorpolynom ergebende Rest ab Parallelinformation an. Diese Information wird einerseits an die Einrichtung Il und andererseits an einen der beiden Eingänge des Modulo-2-Addierers geführt

An die luaichtung It ist ferner d&s Parallel-Interface β angeschlossen, das einen Anschluß 61 für ein Datensichtgerät einen Anschluß 62 ffv einen Os ucker und einen Anschluß 63 fir Anzeigelampen usw. aufweist

An den φ-Ansganjcn der an Porynom-Sctweberegl· ster enthaltenen D-Mp-Flops 21 bis 24 steht der Dmaensrest am Ende des Triegimdrchlagfi zur

Für die Variable χ darf daitei nicht irgendeine Zahl aus der Menge aller Zahlen eingesetzt werden, sondern Verfügung, d h. an den (^Ausgängen der invertierte Divisionsrest. Der Dmsiomrest muß beim Empfang eines Telegramms 0 scm. Been Senden des Telegramms bildet er die KontroMichritte.

Für den Fall, daß ein Impubselegramm empfangen wird, setzt die Eichg 11 mh einem Rücksetzimpub r das ab Teücodierer dienende Polynom-Schieberegister 8 in die Ruhelage. Das Telegramm, seriell von der

Fernleitung 4 kommend, wird 4-Bit-weise an die Einrichtung I ί und an das Register 8 gegeben. Die am Ausgang des Polynom-Schieberegisters 8 abgegebene Information wird jeweils mit einem Wort des 4-Bit-weise ankommenden Telegramms mod-2 addiert Das sich dabei ergebende weitere Wort wird durch einen Strobeimpuls s 1 in das Register 32 geladen. Ein zweiter Strobeimpuls si lädt den inhalt des Registers 32 in das Polynom-Schieberegister 8. Die folgenden 4 Takte T dividieren diesen Telegramm teil durch das GeneratorpolynofTL Der sich bei der Division ergebende Rest wird mit den nächsten 4 Bits des Telegramms mit Hilfe des Mod-2-Addiercrs 7 nach dem mod-2-Gesetz addiert und über das Register 32 in d?s Polynom-Schieberegister 8 geladen. Vier Takte divid sren auch diesen Telegrammteil und so fort, bis lie letzten 4 Telegrammbits einlaufen. Sie müssen, mit dem Divisionsrest aus dem Polynom-Schieberegister mod-2 addiert, das Wort 0 0 0 0 ergeben. Ist der Divisionsrest nach den letzten 4 Telegrammbit 0 0 J 0, dann verarbeitet die Einrichtung Il das Telegrs nm weiter. Andernfalls wird das Telegramm verwoifen oder eine Fehlerkorrektur vorgenommen.

Die Telegrammcivision läßt sich folgendermaßen darstellen.

Telegramm:

(M 1 0 10 10

wird zerlegt in

0 110 0 0 0 0

plus 10 10

plus

0 0 10 0 110

0 0 0 0
0 0 10

0 0 0 0
0 1 I 0

Der erste Telegrammteil wird durch das Generatorpolynom dividiert und der Rest dem nächsten Telegrammteil mod-2 aufaddiert Dies wird wieder dividiert und der Rest dem nächsten Telegrammteil aufaddiert Der Rest des vorletzten Telegrammteils muß mod-2 addiert auf den letzten Telegrammteil den Rest 0 0 0 0 ergeben.

Beim Senden des Telegramms setzt die Einrichtung 11 mit dem Rücksetzimpuls das Polynom-Schieberegister 2 in die Ruhelage. Das Parallelinterface 6 liefert die Telegrammnachrichten und den Anreiz zum Aussenden eines Telegramms. Die Einrichtung Il gibt das Telegramm 4-Bit-weise an das Serien-Parallel-Interface 5 und an die Codiereinrichtung. Sind alle Nachrichtenbits ausgesendet dann hängt die Einrichtung U den Divisionsrest am Ausgang des Polynom-Schieberegisters als Kontrollbits an die Nachrichtenbits an und beendet damit das Telegramm. Im übrigen läuft der Codierungsvorgang wie bei einer empfangenen Binärinformation ab.

Im beschriebenen Beispiel stimmt -die Stellenzahl des

Sicherungsanhanges mit der Bitzahl der Wörter überein. Gegebenenfalls können die Wörter mehr Bits enthalten. In diesem Fall ist dem rückgekoppelten Schieberegister ein Parallel Serien-Umsetzer ffir die weiteren Bits vorzuschalten.

Haben die Wörter weniger Bits ab der Sicherungsanhang, so werden die freien Einginge des Modulo-2-Addierers an den logischen Zustande gelegt
F ί g. 2 zeigt eine Schaltungsanordnung für Codierung und Decodierung bei paralleler Telegrammverarbeitung mit Register und ROM. Diese Schahungseinrichtung unterscheidet sich von der nach F i g. 1 dadurch, daß anstelle des Polynomschieberegisters 2 ein Speicher 9 mit wahlfreiem Zugriff vorgesehen ist Der Speicher 9 ist ein Nur-Lesespeicher bzw. ROM. Der Adresseneingang des Speichers 9 ist an den Ausgang des Registers 8 angeschlossen. Der Ausgang des Speichers 9 ist mit seinen (^-Anschlüssen einerseits an je einen Eingang der im Modulo-2-Addierer enthaltenen l^:.»kJii«v-Qder-Oatter 71 bis 74 geführt Außerdem ist an den Ausgang des Speichers 9 auch die Einrichtung 12 zur Ablaufsteuerung angeschlossen.

Ein weiterer Unterschied zu der in F i g. 1 gezeigten Schaltungsanordnung besteh* roch darin, daß von der Einrichtung 12 zum Register 8 nur eine einzige Leitung für einen Strobeimpuls S1 erforderlich ist

Da jedes in das Pofynom-Schieberegister 2 nach F '·■ g. 1 eingeschriebene Bitmuster nach der Polynomdivision ein deliniertes anderes Brtimister ergibt kann das

κ» Schieberegister 2 in vorteilhafter Weise durch einen Speicher 9 mit wahlfreiem Zugriff, der insbesondere ein ROM ist ersetzt werden. Diese Schaltungsanordnung erlaubt eine besonders schnelle Telegrammverarbeitung, weil der Speicher 9 bzw. das ROM sofort das Ergebnis liefert und nicht erst nach mehreren Schiebetakten wie das Polynom-Schieberegister.

Die Schaltungsanordnung läßt sich vorteilhaft in Einrichtungen zur Datenübertragung verwenden, insbesondere zur Codierung oder Decodierung von Fernwirktelegrammen. Fernwirktelegramme können bei der Übertragung von einer Fernwirkstation zur anderen über Fernleitungen durch Störspannungen verfälscht werden- Der Telegrammsender fügt deshalb zweckmäßigerweise mehrere Kontrollschritte an das Telegramm, deren Bitmuster von dem Bitmuster der Nachrichtenbits abhängig ist: Das Telegramm wird codiert

Der Telegrammempfänger kontrolliert die Nachrichtenbits und die Kontrolfbits und erkennt daraus mit esner definierten Wahrscheinlichkeit eine Verfälschung:

Das Telegramm wird decodiert

Bei der Ausbildung der Einrichtung U bzw. 12 a' Microprozessor kann diese zweckmäßigerweise für weitere Steuerungen, z. B. zum zyklischen Aufrufen von Fernwirkstationen zusätzlich ausgenutzt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Codieren oder Decodieren, mit einer Einrichtung zur Bildung einer Zahl von KontroBbits in Abhängigkeit von mehrere Stellen aufweisenden Binärinformationen unter Verwendung eines zyklischen Codes, wobei mittels eines Codierers ein Infonnationsporynom durch ein Generatorpotynom geteilt wird, und der sich bei der Teilung ergebende Rest das Ergebnis der Codierung ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Codierer eine Entrichtung (5) zum Aufteilen der Binärinformation in mehrere Wörter gleicher Bitzahl, einen ModuIo-2-Addierer (7) und einen Teilcodierer enthält, und daß der Teilcodierer die ihm zugeführte information durch das Generatorporynom teilt und an seinem Ausgang den sich aus der Teilung ergebenden Rest abgibt, und daß die Wörter und jeweils ac; vom Teilcodierer zuvor ermittelte Rest dem Moäefc-2-Addierer (?) in zehlicher Folge zuführbar sind, und daß die dem Teilcodierer zugeführte Information die durch die Moduto-2-Addhion gewonnene Information ist

2. Schahungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Teilcodierer ein rückgekoppeltes, durch eine Einrichtung (12) zur Ablaufsteuerung rßcksetzbares und taktsteuerbares Schieberegister (2) ist. in das die durch Modulo-2-Addition gewonnene Information als ParaUelinfonnation eingebbar ist(F: g. 1).

3l Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß der reilcotuerer ein Speicher (9) mit wahlfreiem Zugntf ist. der mit seinen Adresseneingangen am Ausgang dv£ Modulo-2-Addierers (7) liegt und in den je Adresse die sich durch Teilung der Adresse durch das Generatorporynom ergebende Information gespeichert ist (F i g. 2)l

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (9) mh wahlfreiem Zugriff ein nur lesbarer Speicher ist

5. Schahungsanordnung nach einen) der vorhergebenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Modulo-2-Addierer (7) ein durch die Einrichtung (11, 12) zur Ablaufsteuerung steuerbares Register (8) nachgeschaltet ist

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß die Binärinformation dem Modulo-2-Addierer bitweise zugeführt wird, und daß die freien Eingänge des ModuIo-2- Addieren an den logischen Zustand 0 gelegt sind.