СПОСОБ РАДИОПЕРЕДАЧИ И РАДИОПРИЕМА ПОТОКА ЦИФРОВОЙ ИНФОРМАЦИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК H04B1/10 H04L7/08 

Изобретение относится к радиопередачи данных между радиопередающей и радиопринимающей станциями, более конкретно к распознаванию отпирающих кодов, способных возбуждать принимающую станцию в отношении распознавания и обработки передаваемых данных, кодированных в соответствии с заданным шифром.

Известно обеспечение радиоприемников устройствами, которые распознают отпирающие коды, чтобы дать возможность радиоприемнику принимать данные, передаваемые по воздуху. Вообще отпирающий код является последовательностью бит и следует группе бит, используемых для синхронизации приемника в отношении передающей частоты. В некоторых случаях в результате радиочастотных искажений или помех от других передач эти отпирающие коды ошибочно интерпретируются распознающим устройством, когда другие сигналы синхронизации, но вне фазы с истинными переданными сигналами синхронизации, передаются. В результате радиоприемник больше не способен распознавать и обрабатывать переданные данные.

Цель изобретения создать устройство, которое имеет средство распознавания отпирающего кода, которое во взаимодействии с конкретной структурой кода или шифра является очень надежной в эксплуатации и имеет низкую чувствительность к неправильному распознаванию кодов, и также способно улучшить синхронизацию радиоприемника с частотой передачи данных.

Согласно изобретению, предусматривается радиопередача данных, как изложено в п. 1 формулы изобретения.

На фиг. 1 дана структурная схема, показывающая схематично общую структуру варианта реализации изобретения; на фиг. 2 завершенная строка бит, содержащая информацию, переданную устройством по п. 1 формулы изобретения; на фиг. 3 -формы волны цифровых сигналов, обработанных устройством на фиг. 1; на фиг. 4 функциональная логическая схема части структуры на фиг. 1; на фиг. 5 упрощенная структурная схема схемы фазовой синхронизации устройства на фиг. 1; на фиг. 6 вид двоичной формы информации, обработанной устройством на фиг. 4; на фиг. 7 пример выборки, произведенной устройством на фиг. 4; на фиг. 8 вид сигнала:а- соответствующего последовательности оптимизированного шифра распознавания;b вид содержания гармоник сигнала a.

Устройство для радиопередачи данных предназначено передавать данные в цифровой форме на радиочастотах между двух или более персональных компьютеров, которые находятся в одном и том же здании или в отдельных зданиях в радиусе не больше примерно 500 м.

Фиг. 1 показывает типичную конфигурацию вышеназванного устройства для передачи, в котором первая система для обработки данных, например персональный компьютер PC1, обрабатывает известным способом данные для передачи в цифровой форме на вторую систему обработки данных, например персональный компьютер PC2. PC1 имеет цифровое радиопередающее устройство 12 известного типа, которое может передавать данные, обработанные PC1, посредством передающей антенны 14. Электромагнитные переданные сигналы захватываются принимающей антенной 16, которая соединена с радиопринимающим устройством 18, которое включено в форме дополнительной карты или модуля в персональный компьютер PC2. Сигналы, переданные радиопередающим устройством 12, организованы в форму последовательных блоков или строк ST бит (фиг.2). Каждая строка ST образована в целом из 480 бит, из которых первые 32 бит составляют так называемую последовательность синхронизации SS, тогда как следующая группа бит SD представляет набор переданных данных. Каждая строка ST оканчивается группой из 64 незначимых бит, не показанных на фиг. 2, которые используются для отделения строк ST друг от друга.

Последовательность синхронизации SS в свою очередь подразделяется на первую группу BR из 16 бит, известную как бит обратной последовательности, который используется, как будет видно ниже, для синхронизации радиопринимающего устройства. Вторая группа SC из 16 бит используется для распознавания конца периода синхронизации и начала приема данных.

Первая группа BR образована из упорядоченной последовательности логических "1" и "0", представленных шестнадцатиричным числом "АААА" эквивалентным двоичной форме 1010101010101010.

Вторая группа SC бит шифра распознавания образована из набора по-другому сгруппированных бит "1" и "0", представленных, например, шестнадцатиричным числом BA8C, эквивалентным двоичной форме 1011101010001100. Аналогичным образом последовательность SD данных, расположенных в последовательности шифра, образована из серии по-другому сгруппированных бит.

Фиг. 3, a представляет форму электрического сигнала, соответствующего группам BR, SC и SD строки ST, переданной антенной 14 в форме положительных и отрицательных импульсов, каждый длительностью T (секунды). Ясно, что группа BR образует серию из восьми полных прямоугольных волн, анализ гармоник которых, как известно, показывает суперпозицию одной волны основной частоты f₀ 3/2T; f 5/2T и т.д.

Основная частота f₀ выбрана, например, 576 кГц, так как эта частота правильно используется для передачи данных, длительность T импульса которых 0,868 с.

Частота повторения или скорость передачи бит строки ST составляет f_t 1/T 1,152 мегабит/с.

Радиопринимающее устройство 18 (фиг. 4) содержит входной каскад 20, который рационально усиливает сигнал, захваченный антенной 14. Каскад 20 посылает сигнал на схему 22 синхронизации и на схему 24 декодирования. Схема 22 выполняет функцию синхронизации в отношении характеристической синхронизации принимающего устройства 18 со скоростью передачи 1/T сигналов, посылаемых передающим устройством 12.

Так как передача производится в цифровой форме, вышеназванная синхронизация состоит в синхронизации фазы t синхронизирующего сигнала t радиоприемника 18 с фазой 1 сигналов, передаваемых передатчиком 12. Для этой цели рационально используют схему 22 генератора фазосинхронизации, известную в области техники под аббревиатурой PPL (PPL логика с программируемыми соединениями примечание переводчика) и поставляется промышленностью на рынок под аббревиатурой SN74LS 297 фирмой Тексас инструментс.

Функционирование схемы 22 (фиг. 4) известно специалистам в этой области техники и поэтому будет описываться лишь кратко здесь ниже. В отношении дальнейшей информации о схеме 22 следует обратиться к статье В.Т.Грира и Б.Кина в "Электроник дизайн" от 31 марта 1982 г.

Принятый сигнал S₁ (фиг. 4, 5), который имеет характеристическую фазу 1 и рационально усилен схемой 20, подается на вход 23 (фиг. 5) фазового компаратора 25, содержащего вентиль (логический элемент) XOR 26. Компаратор 25 сравнивает фазу 1 с фазой 2 синхронизирующего сигнала t₂, выведенного известным образом из сигнала t посредством реверсивного счетчика 28 и делителя 29. Сигнал ошибки Se, присутствующий на выходе 30 компаратора 25, представлен на фиг. 3,c, и при отсутствии ошибки имеет полезный цикл 50% по отношению к каждому бит входного сигнала S₁.

При наличии положительной или отрицательной фазовой ошибки сигнал Se имеет "0" бит или "1" бит соответственно большей длительности, чтобы возбуждать реверсивный счетчик 32, который функционирует между заданными пределами +K и -K, и счетчик 28, чтобы поддерживать точно в фазе друг с другом или блокировать входной сигнал S₁ и сигнал t₂. Когда происходит синхронизация, на выходе 34 схемы 22 образуется сигнал t₂ (фиг. 3,c) упорядоченной последовательности "1" и "0" бит, каждый длительностью T/2, иначе говоря сигнал t₂ отлично уравновешивается.

Кроме того, схема 22 содержит схему 36 программирования, которая соединена со счетчиком и может модифицировать величину K в ответ на сигнал ABI, присутствующий на одном из входов 38, как будет пояснено ниже.

Поэтому, когда принимающее устройство принимает последовательность BR, она синхронизируется со скоростью передачи сигнала S1. Когда после последовательности BR принята последовательность SC, можно видеть из схем на фиг. 3a, b, c, что группы из 3 одинаковых бит, таких как, например, 40,42 генерируют два смежных одинаковых импульса 43 и 45 противоположного знака и длительности T. Факт, что импульсы 43 и 45 являются смежными, имеет действие, что счетчик 32 не достигает пределов +K или -K, в результате чего синхронизация, ранее вызванная посредством последовательности BR, не изменяется.

Однако группы из двух одинаковых бит всегда генерируют два последовательных одинаковых импульса. Если группы из двух одинаковых бит находятся в одинаковых и противоположных парах, таких как 46 и 47, две пары импульсов 49, 51 будут генерироваться противоположного значения, разделенные двумя другими сигнальными импульсами, в результате чего в этом случае счетчик 32 функционирует в течение более длительного времени, хотя он не достигает предела +K или -K. В этом случае синхронизация также не изменяется, но риск больше.

В конце рассмотрения бит последовательности SC синхронизация блокируется, как описано ниже, в результате чего данные, представленные следующей последовательностью SD (фиг. 2),могут обрабатываться правильно.

Из фиг. 4 можно видеть, что сигнал S1 также посылается на схему 24 выборки, которая под управлением сигнала t₂, посылаемого схемой 22, распознает уровень "1" или "0" бит ST на во фронтах 54 (фиг. 7) сигнала t₂. В выходе 56, образованном теми же битами принятой строки ST с формой волны, которая абсолютно цифровая, т.е. полностью лишена нарушений или искажений формы волны, тем самым форма волны находится в правильном состоянии, чтобы быть правильно обработанной последующими стадиями (каскадами) принимающего устройства 18.

Сигнал S2 затем посылает на 16-разрядный сдвиговый регистр 58, который имеет цикл загрузки один бит за один раз. После каждого цикла содержание регистра 58 сравнивается одновременно в двух компараторах 60 и 61 с реальным отпирающим шифром/кодом SCI и соответственно с его отрицанием CSCI; оба полученные из двух секций 63-1, 62-2 памяти 63 известного типа, которая соединена с обеими компараторами 60 и 61. Положительный результат сравнения, произведенный компараторами 60 и 61, означает, что шифр, представленный последовательностью SC, является истинным шифром, и поэтому распознается принимающим устройством 18. В такой ситуации компараторы 60 и 61 означают, что шифр, представленный последовательностью SC, является истинным шифром и поэтому распознается принимающим устройством 18. В такой ситуации компараторы 60 и 61 генерируют сигнал утверждения ABI, чтобы возбудить схему 64 отпирания данных SD строки ST в отношении персонального компьютера PC2. Если, с другой стороны, в результате нарушений/искажений разного типа некоторые биты истинного кода SC, переданного устройством 12, изменились, компараторы не опознают их, и схема 64 не разрешит выход бит данных, в результате чего эти биты утрачиваются.

Отпирающая схема 64 содержит вентиль И 66 для выхода данных, управляемых триггером 67, который в присутствии сигнала ABI поддерживает вентиль И 66 активным в отношении передачи данных SD на PC2.

Сигнал ABI, как уже сказано выше, одновременно посылается на схему 36, которая программирует K', -K'. Благодаря этому помеха фазового корректора PLL (PLL система фазовой подстройки частоты) практически исключена, в результате чего биты данных последовательности SD, в каком бы порядке они ни были, не изменяют синхронизацию принимающего устройства 18, уже достигнутой посредством последовательности BR и поддерживаемой в течение приема последовательности SC.

В области радиопередачи известно, что шифр/код SC должен иметь две важных прерогативы: одна состоит в недопущении потери передаваемых данных, и другая в возможности не изменять синхронизацию принимающего устройства, образованной посредством последовательности BR.

Первая прерогатива называется "надежность" шифра распознавания. Это говорит о степени нечувствительности к неправильному опознаванию. Надежность выражается вероятностью, что истинный шифр будет ошибочно признан в неправильных положениях в объеме последовательностей SS и в течение сравнения бита с битом между истинным шифром и последовательностью SS и в течение сравнения бита с битом между отрицанием CSC шифра и той же последовательности SS.

Причины, которые могут вызвать ложное распознавание, это обычно шум и/или помеха, которые могут изменить содержание строки ST.

Подлинно надежный шифр, к сожалению, подвержен таким эффектом.

При изучении надежности шифра следует разделить два случая ошибочного распознавания: опережаемое и задерживаемое. Опережаемое распознавание происходит в случае, когда истинный шифр SC' (фиг. 6,а) сравнивается с эквивалентной группой бит, составляющих последовательность BR и тем же шифром SC в объеме последовательности SS, как показано в качестве примера на фиг. 6,а. В относительном положении SC' есть опереженное неправильное распознавание, если девять бит в положениях, обозначенных "e" принятого шифра, одновременно ошибочно инвертированы по причине вышеназванных искажений.

Поэтому вероятность Pa, что такое событие будет иметь место в отношении каждого положения сравнения выражается как
Pa BER^H•(I BER)^16-H,
где BER коэффициент ошибок (частота появления ошибок), обычно допускаемый в отношении бит строки ST; H смещение влево шифра SC' относительно шифра SC (фиг. 6,а).

Задержанное (замедленное) распознавание имеет место в случае, когда истинный шифр SC" (фиг. 6,b) сравнивается с эквивалентной группой бит последовательности SS, составляющей группу SC бит и следующих серий данных SD, как показано в качестве примера на фиг. 6,b. В таком относительном положении SC' задержанное неправильное распознавание происходит, если пять бит шифра, принятых в положениях, обозначенных "o", одновременно ошибочно инвертированы искажениями передачи. Поэтому вероятность P_r, что такое событие произойдет в каждом положении сравнения может быть выражено, как
P_r [BER^H•(1 BER)^32-H-D]/2 0-16 (D 17.31) (2)
где D есть смещение вправо шифра SC" относительно шифра SC, и где знаменатель показывает вероятность, что первые D-16 бит серии данных SD являются такими же, как соответствующие биты шифра SC.

Принимая во внимание сравнение последовательности SS с отрицанием шифра CSC, получаем два аналогичных выражения P_ac и P_rc вероятностей неправильных распознаваний CSC.

В заключение следует отметить, что коэффициент вероятности неправильного распознавания истинного шифра и его отрицания определяется следующим образом

Чем ниже величины P_r и P_rc, тем больше надежность.

Вычисление Pt и Ptc со всех шифров, которые могут быть получены из комбинации 16 бит последовательности SC,дает возможность точно определять определенное количество таких комбинаций, которые имеют минимальную величину вероятностей ошибочного распознавания. Для точного определения среди этих комбинаций или шифров шифр, который "работает" лучше всех, необходимо определить некоторые дальнейшие условия.

Как уже сказано выше, каждая последовательность трех одинаковых бит образует (фиг.3) пару смежных сигналов ошибки противоположного знака, тем самым очень хорошо уравновешенных. Поэтому такая последовательность может быть получена без пределов в оптимальном шифре.

Кроме того, установлено, что каждая последовательность из двух одинаковых бит образует один сигнал ошибки, который должен быть уравновешен другой последовательностью двух одинаковых и противоположных бит, расположенных непосредственно после; так как тогда последовательности двух одинаковых и противоположных бит образуют сигналы ошибок, которые больше разнесены, иначе говоря, меньше сбалансированы, чем те, которые генерированы одной последовательностью из трех бит, то делается вывод, что было бы лучше их исключить; однако было отмечено, что наилучшие комбинации, т.е. с минимальным числом вероятности P_t и P_tc ошибочных распознаваний, содержат по крайней мере одну последовательность двух одинаковых и противоположных бит.

Из рассмотрения фиг. 6,c, на которой показана последовательность BR-SC фиг. 6, a и в которой добавлено отрицание CSC' шифра SC', можно видеть, что число несовпадений в отношении отрицания CSC' составляет дополнение по основанию 16 диссонансов E1 относительно SC'. Так как, чем выше число диссонансов, тем ниже вероятность ошибочного распознавания, при вычислении суммарных вероятностей, вытекающих из сравнения истинных шифра SC и отрицания CSC, то ясно, что имеет место более низкая суммарная вероятность распознавания, когда диссонансы E1 и E2 стремятся быть равными.

Поэтому возникает дальнейшее условие, что оптимальный шифр должен иметь число диссонансов, имеющих тенденцию к своему дополнению по основанию 16 во всех сравнениях между одним и тем же шифром и его отрицанием относительно последовательности SS в следующих относительных положениях.

Путем исследования разных комбинаций, которые могут быть получены, используя 16 бит последовательности SC шифра распознавания, было установлено, что наилучшая комбинация, которая удовлетворяет предшествующие условия, состоит в образовании последовательности "1" и "0" бит, содержащих одну или больше групп из трех одинаковых бит, чередующихся или связанными с не более чем двумя смежными парами одинаковых и противоположных бит, предпочтительно расположенных в первой части последовательности SC. Этот шифр представлен шестнадцатиричным числом E98A, соответствующем двоичной форме 1110100110001010.

Выбранный шифр, кроме того, должен начинаться с бита противоположного знака последнему биту последовательности синхронизации BR, которая предшествует последовательности SC.

Выбранный шифр, как оптимальный и, как сказано выше, имеет соответствующую форму электрической волны, показанную на фиг. 8,a.

Анализ гармоник формы волны на фиг. 8,a,b показывает, что каждая последовательность двух одинаковых бит образует пики частоты в основной части 1/4 T и в ее нечетных гармониках 3/6T, f"₂ 5/6T и т.д.

Из схемы содержания гармоник в форме волны шифра на фиг. 8,a, показанной на фиг. 8, b, четкий и изолированный пик появляется в основной частоте 1/2T 576 кГц, равной частоте синхронизации принимающего устройства 18.

Поэтому можно видеть, что последовательность двух бит шифра на фиг. 8,a не вносит чего-либо в основную частоту 576 кГц, имеющей пики частоты на большем расстоянии от нее,которая (последовательность трех битов) вносит определенный вклад своей нечетной гармоникой 3/6T 1/2T 576 кГц в частоту синхронизации.

Поэтому установлено, что шифр, выбранный и указанный выше, не только не мешает синхронизации устройства 18, но и также содействует поддерживать его блокированным в отношении принимаемого сигнала. Это также вызвано сбалансированным содержанием битов "1" и "0", т.е. восемь битов "1" и восемь битов "0".

Должно быть понятно, что изменения, дополнения и замещения различных описанных целых чисел могут иметь место без отклонения от объема изобретения.

Например, радиопередающее устройство 12 и радиопринимающее устройство 18 могут быть соответственно интегрированы в два отдельных портативных телефонных устройства, каждый из которых соединен с соответствующим персональным компьютером и адаптирован передавать и соответственно принимать посредством радио по телефонным каналам данные, обработанные соответствующим персональным компьютером.

Радиопередающая станция 12 передает цифровые данные с заданной скоростью на принимающую станцию 18. Принимающая станция управляется схемой синхронизации 22, которая распознает заданный отпирающий код. Цифровые данные передаются как последовательность бит, и каждая последовательность содержит первую группу бит (BR) для синхронизирования схемы синхронизации и скорости передачи данных. За этой первой группой бит следует вторая группа бит (SC), которая содержит отпирающий код. Распознавание отпирающего кода дает возможность принимающей станции принимать и обрабатывать передаваемую информацию. Отпирающий код составлен из последовательности бит логических "1" и "0", и некоторые биты последовательности изменяются для образования групп из трех одинаковых бит (111,000). Каждая группа из трех бит имеет не больше, чем две смежные пары одинаковых (по логическому значению) и противоположных (по знаку) бит (10, 01). Группы одинаковых бит расположены в первой части второй группы, так что возможности ошибочного распознавания сведены до минимума, и синхронизация, достигнутая первой группой (BR), не изменяется. 2 с. и 5 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ радиопередачи и радиоприема потоков цифровой информации с радиопередающей станции на радиоприемную станцию, согласно которому передают с радиопередающей станции с заданной скоростью передачи, а на радиоприемной станции принимают соответственно потоки цифровой информации (ST), расположенной в первой и второй последовательности бит, причем первая последовательность образует синхронизирующую последовательность (SS), включающую первую группу (BR) из 16 бит переменного значения, за которой следует вторая заданная группа (SC) из 16 бит, отличающийся тем, что формируют на радиопередающей станции вторую группу (SC), по меньшей мере 8 бит которой имеют значение логической "1" и в которой первый один из 16 бит имеет значение, противоположное значению последнего бита первой группы (BR), формируют вторую группу (SC) по меньшей мере в две группы из трех одинаковых бит (111, 000), разделенных не более чем двумя смежными парами одинаковых или противоположных бит, причем непосредственно за последней группой из трех одинаковых бит следует по меньшей мере две пары различающихся бит, включают в каждый подлежащий передаче поток упомянутую синхронизирующую последовательность, непосредственно за которой следует отпирающий код, запоминают вторую группу (SC) вместе с ее инверсным представлением в принимающей станции, сравнивают принятую вторую группу с запомненной второй группой и с ее инверсным представлением, синхронизируют схему фазовой автоматической подстройки частоты с помощью первой группы (BR), с возможностью распознавания схемой распознавания второй группы (SC) с минимальной вероятностью ошибки и поддержания неизменной синхронизации, достигнутой первой группой (BR) бит, благодаря чему схема распознавания, реагирующая на распознавание второй группы (SC), отпирает радиоприемную станцию для приема и обработки указанных потоков цифровой информации (ST). 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при формировании второй группы (SC), формируют смежные пары бит, по существу, в первой половине второй группы (SC). 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при формировании второй группы (SC) формируют бит в 16-ричной комбинации Е98А. 4. Устройство для передачи и радиоприема потоков цифровой информации с радиопередающей станции на радиопринимающую станцию, причем радиопередающая станция выполнена с возможностью передавать потоки цифровой информации, содержащей синхронизирующую последовательность (SS), включающую по меньшей мере первую группу (BR) из 16 бит, за которой следует вторая заданная группа (SC) из 16 бит, а радиопередающая станция содержит схему выборки, схему синхронизации, подсоединенную к схеме выборки, сдвиговый регистр, присоединенный к схеме выборки, тактирующую схему, подсоединенную к схеме синхронизации и к сдвиговому регистру, первое запоминающее средство и первый компаратор, первый вход которого подсоединен к сдвиговому регистру, а второй вход к первому запоминающему средству, отличающееся тем, что радиопередающая станция дополнительно содержит второй компаратор и второе запоминающее средство, причем первый вход второго компаратора подсоединен к сдвиговому регистру, а второй вход к второму запоминающему средству. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что радиопередающая станция дополнительно содержит отпирающую схему, первый вход которой подсоединен к сдвиговому регистру, а второй вход к компараторам. 6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что схема синхронизации содержит реверсивный счетчик и схему программирования окончания счета, подсоединенную к реверсивному счетчику для определения окончания счета последним. 7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что схема синхронизации дополнительно содержит схему компаратора, подсоединную к реверсивному счетчику.