Изобретение относится к системам многорежимной беспроводной оптической связи и к связи и/или сосуществованию связи между различными типами устройств, работающих в различных режимах внутри таких систем связи.
Уровень техники
С быстрым увеличением числа рабочих станций и персональных компьютеров (например, настольных или переносных компьютеров) во всех областях бизнеса, администрирования, производства и т.д., повышается потребность в гибком и простом взаимодействии таких систем. Существует аналогичная потребность в отношении подсоединения и взаимодействия периферийных устройств, таких как клавиатуры, компьютерные "мыши", принтеры, плоттеры, факсимильные аппараты, сканеры, мониторы, модемы и т.д. С увеличением числа систем, имеющих связь друг с другом, возникает проблема использования электрических межсоединений, в том числе во многих случаях, когда необходимо часто менять месторасположение систем или конфигурацию подсистем. Поэтому для таких систем необходимо увеличивать гибкость путем устранения электрических межсоединений и использовать вместо них беспроводную связь.
Использование оптических сигналов для беспроводной передачи цифровых данных между системами и устройствами в последние годы привлекало к себе повышенный интерес и привело к их применению в коммерческих изделиях. Одним из примеров является оптическое дистанционное управление электронными пользовательскими устройствами. Другим примером является связь между информационными системами в офисном оснащении. В оптической системе связи цифровые данные, которые необходимо передать от передающей системы к принимающей системе, преобразовывают в модулированные оптические сигналы, которые излучают с помощью источника света (в частности, с помощью инфракрасного (ИК) источника света) передающей системы и принимают, преобразовывают в электрические сигналы, а затем в цифровые данные с помощью принимающей системы. Оптические сигналы могут непосредственно поступать в оптический приемник принимающей системы или могут непосредственно поступать в приемники после ряда изменений направления распространения света из-за эффектов, подобных отражению или рассеянию на поверхностях сред. В настоящее время, последний вариант реализован в портативных компьютерах и периферийных устройствах, где имеет место передача данных между оптическим передатчиком и приемником, которые расположены близко друг к другу на расстоянии порядка 1 -3 м и правильно выровнены. Последний случай является типичным для применений в офисном оснащении, где беспомеховая передача оптических сигналов между передатчиками и приемниками, находящимися в прямой видимости и расположенными в нескольких метрах друг от друга, непрактична или даже невозможна из-за неизбежных отклонений оптических сигналов от прямолинейной траектории распространения света. Согласно одному известному подходу к достижению высокой степени гибкости, оптические сигналы, посылаемые из передающей системы, необходимо излучать по направлению к потолку или стенам офиса, от которых они отражаются или диффузионно рассеиваются. Таким образом, излучение распределяется в некоторой зоне вокруг передатчика. Распределение оптических сигналов, отражающихся от потолка, зависит от многочисленных деталей, которые являются характерными для конкретного рассматриваемого оснащения. Однако существенным в этом контексте является главным образом то, что диапазон передачи, то есть расстояние между передающей системой и принимающей системой, ограничено некоторым конечным значением, которое в дальнейшем названо диапазоном передачи, так как поток энергии передаваемого излучения уменьшается с увеличением расстояния распространения, при этом чувствительность приемника ограничена из-за минимального отношения сигнал/шум. Типичные известные системы, работающие на уровнях оптической энергии, которые ограничены вариантами осуществления источников света и требованиями безопасности для оптического излучения, имеют рабочие диапазоны передачи, составляющие несколько метров для скорости передачи данных порядка 1 Мбит/сек.
Последний пример иллюстрирует основные черты беспроводной оптической связи и показывает области применения, где ее применяют в отличие от другого конкурирующего способа беспроводной связи, способа радиочастотной (РЧ) передачи. Беспроводная оптическая связь позволяет выполнить передачу данных на короткие расстояния, в то время как РЧ передача потенциально может быть использована на длинных расстояниях. Кроме того, оптическая беспроводная связь в офисной среде локализована, поскольку типичные границы офиса, такие как стенки и потолки не являются прозрачными для света, как для случая РЧ волн. Поэтому легче контролировать помехи, возникающие между различными системами связи, и более простым способом обеспечить защиту данных для беспроводной системы связи, которая основана на оптическом излучении, а не на РЧ передаче. Кроме того, РЧ передача ограничена правилами связи и лицензирования, тогда как оптические беспроводные системы связи - нет.
Определяющими параметрами эффективности беспроводной оптической системы связи являются используемая скорость передачи данных и расстояние между системами обмена данных. В офисной среде, может возникнуть потребность передачи данных на расстояния, превышающие диапазон передачи одиночного оптического передатчика. Однако диапазон передачи одиночного оптического передатчика можно расширить в пределах концепции беспроводной связи, например, с помощью введения оптических ретрансляторов. Один пример такой расширенной системы раскрыт в патенте США N 4 402 090, озаглавленном "Система связи, в которой данные предают между оконечными станциями и спутниковыми станциями с помощью инфракрасных систем" ("Communication System in which Data are Transferred Between Terminal Stations and Satellite Stations by Infrared Systems"). В этом патенте описана система, которая предусматривает множество спутниковых станций, то есть станций, обычно закрепленных на потолке большой комнаты. Терминалы могут оптически взаимодействовать со спутниками внутри их диапазона передачи, и данные можно распределять через межспутниковую связь, таким образом обеспечивая распределение данных на расстояниях, превышающих диапазон передачи одиночного передатчика.
При проектировании беспроводной оптической системы связи, необходимо учитывать неизбежно присутствующий окружающий свет, такой как дневной свет или свет ламп, который всегда попадает на оптические детекторы, если применение системы не ограничено ее использованием в полностью темной среде. Энергия инфракрасного излучения (ИК) в окружающем свете (флуоресцентные (люминесцентные) и накальные лампы, свет солнца) может приводить к преобладанию шума в оптическом приемнике. Таким образом, окружающий свет влияет на отношение сигнал/шум приемника и, следовательно, воздействует на диапазон передачи. Дополнительные сведения об эффекте окружающего света приведены в поданной заявке на патент PCT PCT/ЕР 94/01196, опубликованной 26 октября 1995 г. (Номер публикации N WO 95/28777). Проявление окружающего света обычно носит статистический характер и часто им трудно управлять, а его интенсивность может значительно меняться, как это происходит, например, при включении или выключении ламп или при солнечном освещении. Дополнительный реальный эффект, который статистически влияет на отношение сигнал/шум и, таким образом, на диапазон передачи, заключается в появлении преград на оптическом пути, которые влияют на работу приемника. В офисной среде, например, при передвижении пользователей, а также под влиянием неизбежно присутствующего окружающего света, может изменяться интенсивность передаваемых сигналов.
В современных беспроводных системах связи, основанных на передаче света, были предприняты первые попытки решить некоторые проблемы присутствия окружающего света. Обычно, сигналы, изменяющиеся во времени с низкой частотой (≤ 500 кГц), которые могут присутствовать при обычном комнатном освещении, подавляют с помощью электрических фильтров после преобразования света в электрические сигналы. Оптические фильтры используют для ограничения спектра нежелательного окружающего света. Однако спектр значительной части дневного света находится в том же самом диапазоне, что и оптическое излучение источников света, работающих в беспроводных системах связи.
Как описано в вышеупомянутой заявке на патент PCT PCT/ЕР 94/01196, и в другой заявке на патент PCT PCT/ЕР 94/00577, опубликованной 31 августа 1995 г. (Публикация N WO 95/23461), можно выполнить инфракрасную беспроводную систему связи, которая эффективно позволяет решить основные проблемы, такие как наличие окружающего света, падающего, например, от имеющихся в продаже систем. В заявке PCT/ЕР 94/01196 раскрыта схема, которая позволяет проводить динамическую оптимизацию беспроводных оптических систем связи, на которые воздействует окружающий свет с изменяющимся уровнем освещения.
Специалистами, работающими в этой области техники, были разработаны и внедрены различные схемы для беспроводной оптической связи. Это привело к использованию различных способов оптической связи, которые не являются совместимыми. Например, обычно не представляется возможным соединение компьютера первого изготовителя с принтером второго изготовителя с помощью беспроводного оптического канала, потому что в большинстве случаев они работают в различных режимах, и аппаратные средства передатчик-приемник при этом несовместимы.
Часть проблемы несовместимости вызвана независимыми и не связанными между собой разработками, проводимыми различными компаниями. Кроме того, имеются различные приложения, для которых с учетом специфики работы требуются различные схемы (режимы) передачи для достижения адекватной скорости передачи данных и радиуса действия. Типичными примерами являются: направленные высокоскоростные каналы передачи данных для настольных компьютеров и периферийных устройств, локальные вычислительные сети (ЛВС) с фиксированной или переменной скоростью передачи данных, использующие диффузно рассеянное излучение, системы дистанционного управления, низкоскоростные пейджинговые функции и каналы доступа к проводным системам и беспроводным радиочастотным (РЧ) системам, например, к таким как беспроводные телефоны. Очевидно, что характеристики этих видов систем диктует сам вариант применения.
Это означает, что всегда будут сосуществовать различные схемы оптической связи, которые необходимо сопрягать с многорежимными системами. Однако можно ожидать, что со временем исчезнут различия, вызванные независимыми и несвязанными между собой разработками, или что будет выработан, по меньшей мере, такой стандарт, что большинство систем смогут поддерживать связь друг с другом. Примером такого стандарта является существующий стандарт lrDA (Ассоциация по инфракрасной технологии передачи данных). Продолжаются работы по расширению этого стандарта. Подробности приведены в статье "Облегченная передача файла с помощью lrDA-протокола инфракрасной технологии передачи данных". Бил Трэвис, EON, "Журнал проектов электронной промышленности", июль 1995, стр. 17-22 ("Ease File Transfer With lrDA-Protocol Wireless Infrared", Bill Travis, EON, The Desiqn Magazine of the Electronics Industry, July 1995, pp. 17-22). В этой статье также описан способ модуляции, определенный с помощью стандарта lrDA.
Решение, которое удовлетворяет различным требованиям и потребностям современных и будущих систем связи, основанных на передаче света, и гарантирует их сосуществование и/или совместимость в пределах общей рабочей среды (например, в пределах рабочей зоны большого офиса) в настоящее время отсутствует.
Таким образом, задачей настоящего изобретения является разработка беспроводной оптической системы связи, которая допускает многорежимную работу.
Другой задачей настоящего изобретения является разработка способа и устройства для беспроводных многорежимных оптических систем связи.
Дополнительная задача настоящего изобретения заключается в решении типичных проблем современной системы оптической связи, а именно оценке качества канала, синхронизации фрейма/символа и т.д.
Другой задачей настоящего изобретения является разработка способа и устройства для беспроводных многорежимных оптических систем связи, которые работают даже при чрезвычайно плохих условиях канала.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение предназначено для решения этих задач. Оно предусматривает способ и устройство, обеспечивающие беспроводную оптическую связь между передающей станцией и первой принимающей станцией, способной принимать данные, которые модулируют с использованием первого способа модуляции, и второй принимающей станцией, способной принимать данные, которые модулируют с использованием второго способа модуляции. Для этой цели использован новый, предложенный в изобретении устойчивый на физическом уровне заголовок (RPLH). Согласно настоящему изобретению:
1. передающая станция выполняет преамбулу, содержащую фреймы, которые образуют периодическую последовательность импульсов, то есть, последовательность импульсов с определенным периодом, числом слот (L) на фрейм и содержанием фреймов, которое известно каждому из принимающих станций,
2. передающая станция оптическим способом передает последовательность импульсов,
3. каждая упомянутая принимающая станция выполняет обнаружение несущей на основе последовательности принятых импульсов,
4. каждая принимающая станция определяет период последовательности импульсов для получения относительной синхронизации,
5. каждая принимающая станция корректирует свой синхроимпульс с фазой слот принятой последовательности импульсов, и синхронизирует входную последовательность импульсов через сдвиговый регистр,
6. передающая станция передает уникальное слово синхронизации, выровненное с периодом преамбулы,
7. каждая из принимающих станций коррелирует последовательность импульсов в сдвиговом регистре с известным этой станции уникальным словом синхронизации, чтобы обеспечить абсолютную синхронизацию с передающей станцией после распознавания слова синхронизации,
8. передающая станция указывает в поле управления предварительно определенной длины, какой способ модуляции будет использован в дополнительном поле данных/подсистемы так, что принимающие станции, которые способны поддерживать соответствующий способ модуляции ожидают данные, которые будут передавать в этом поле данных/подсистемы.
Следует отметить, что последовательность вышеуказанных этапов не является обязательной. Некоторые из этапов можно выполнять параллельно.
В зависимости от конкретного варианта осуществления, преимуществом является, если передающая станция дополнительно указывает в упомянутом поле управления длину такого дополнительного поля данных/подсистемы, что принимающая станция может извлекать информацию, которая определяет продолжительность времени подавления собственного передатчика во избежание конфликта сигнала с продолжающейся передачей (считывание виртуальной несущей). При некоторых обстоятельствах также полезно получить другую информацию управления в упомянутом поле управления для канала связи и сетевого управления. Кроме того, можно произвести обмен информацией, который позволит провести согласование и/или адаптацию скорости передачи. Это позволит оптимизировать пропускную способность в зависимости от условий (качества) канала. Преимуществом также является возможность получения информации с приоритетным доступом, которая дает возможность особого сосуществования пикоячеек внутри одной и той же ячейки связи.
Дополнительные преимущества настоящего изобретения и дополнительные примеры информации, обмен которой можно выполнять с использованием устойчивого на физическом уровне заголовка изобретения детально описаны ниже.
Настоящее изобретение можно также использовать для поддержания связи внутри системы с помощью одиночного режима работы, то есть для связи между станциями, поддерживающими тот же самый способ модуляции или для связи в многорежимной системе. Чтобы гарантировать возможность выполнения многорежимной связи, необходимо предусмотреть соответствующие аппаратные средства, согласно настоящему изобретению, и необходимо инициировать любую связь, согласно вышеупомянутым этапам.
Краткое описание чертежей
Сущность изобретения раскрыта далее со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:
фиг. 1 - таблица различных, сосуществующих IR подсистем (SI-S4) и выбор типичных приложений;
фиг. 2 - пример приемника многорежимной принимающей станции, согласно настоящему изобретению, для работы внутри подсистем SI, S2 и S3;
фиг. 3 - пример схематического представления многорежимных станций, поддерживающих связь внутри ячейки связи, согласно настоящему изобретению (где Sx - подсистема, SxR - ретранслятор для подсистемы Sx);
фиг. 4А - структура пакета с устойчивым на физическом уровне заголовком, согласно настоящему изобретению;
фиг. 4В - пример поля управления, устойчивого на физическом уровне заголовка и образцового способа модуляции в поле данных/подсистемы (4-ФИМ в системе SI), согласно настоящему изобретению;
фиг. 5 - блок-схема оптической беспроводной системы связи, работающей в одиночном режиме, согласно настоящему изобретению;
фиг. 6 - блок-схема системы с адаптивной скоростью передачи данных (с переменной скоростью передачи данных), показывающая в частности функциональные блоки для оценки качества канала и синхронизацию фрейм/символ (распознавание сигнала синхронизации), согласно настоящему изобретению;
фиг. 7 - упрощенная диаграмма перехода состояния главной машины состояния (фиг. 6) для системы, использующей уменьшение скорости передачи данных RR = 1, 2, 4 и 8;
фиг. 8 - механизм взаимодействия скорости передачи данных, согласно настоящему изобретению, совместно со стандартным протоколом CSMA/CA (множественного доступа с контролем несущей и предотвращением конфликтов);
фиг. 9 - пример набора таблиц связности скорости передачи данных, согласно настоящему изобретению;
фиг. 10 - информация сети пользователя, полученная из таблиц связности скорости передачи данных (фиг. 9);
фиг. 11 - блок-схема части принимающей станции для синхронизации фрейма/символа (позиция 123 на фиг. 12), согласно настоящему изобретению;
фиг. 12 - блок-схема части приемника, согласно настоящему изобретению;
фиг. 13 - упрощенная схема перехода состояния приемника, содержащего функцию (фиг. 12) для системы, использующей RR = 1, 2, 4, 8, через RRmax;
фиг. 14 - схематическое изображение слова синхронизации для 4-ФИМ, согласно настоящему изобретению, которое составлено с использованием двух слов синхронизации.
Общее описание
Система для беспроводной оптической связи обычно содержит, по меньшей мере, одну станцию, которая служит в качестве передатчика, и вторую станцию, которая служит в качестве приемника. Передатчик содержит источник света, например, свето- излучающий диод (СИД) или лазерный диод, а приемник содержит фотодиод. Слово "станция" в дальнейшем используется как синоним для всех видов компьютеров, терминалов, ретрансляторов, периферийных устройств и т. д., которые могут поддерживать связь друг с другом. Настоящее изобретение можно также использовать для связи внутри однорежимной системы связи, однако, следует отметить, что настоящее изобретение, в особенности, хорошо подходит для связи в однорежимных системах.
Обычно, инфракрасное (ИК) оптическое излучение используют для беспроводной оптической связи, и термин "ИК-связь" использован также в этом описании, хотя настоящее изобретение не ограничено специфическим диапазоном спектра оптического излучения.
1) Устойчивый заголовок изобретения.
В настоящем изобретении предложен заголовок (более подробно описан ниже), устойчивый в том смысле, что его можно распознать и декодировать с помощью всех приемников, расположенных в пределах той же самой ячейки связи (например, в офисном пространстве) даже при условиях, когда осуществление обычной связи невозможно. Кроме того, изобретенный устойчивый заголовок позволяет поддерживать связь между различными станциями, сосуществующими в одной и той же ячейке связи, то есть связь между станциями, работающими в различных режимах допустима, ее поддерживают и координируют. Изобретенный устойчивый заголовок содержит преамбулу для получения синхронизации, обнаружения несущей и относительной синхронизации в принимающей станции. Он дополнительно содержит уникальную последовательность синхронизации для гарантии абсолютной синхронизации передатчика и приемника после распознавания последовательности синхронизации в приемнике. Кроме того, он содержит поле управления с фиксированной длиной, которое передают после слова синхронизации. Это поле управления используют для получения принимающей станцией информации о поддерживаемой и/или ожидаемой скорости передачи данных пользователя, размере блока данных, способе модуляции и другой соответствующей информации о (под) системе. В частности, он может также содержать информацию, которую используют для идентификации получателя (получателей) (список адресов) данных или информации, которая следует после устойчивого заголовка.
2) Совместимость/сосуществование различных схем передачи.
В настоящее время, в многорежимных системах сигналы, передаваемые с помощью передатчика передающей станции в определенном режиме (например, система S1, см. фиг. 1), не могут быть приняты или распознаны приемниками любого принимающего модуля в другом режиме (например, подсистема S2) и наоборот.
Как указано ниже, новый устойчивый заголовок, который также упомянут как устойчивый на физическом уровне заголовок (УФУЗ), предусмотрен для того, чтобы устранить несовместимость сосуществующих систем. Кроме того, описана структура УФУЗ, способы ее применения, соответствующие передатчики и приемники и разработанная в результате многорежимная беспроводная оптическая система связи.
Это важно потому, что каждая станция, участвующая в связи внутри ячейки связи передает УФУЗ, при необходимости передает пакет данных или управления. Каждая станция внутри этой ячейки принадлежит к набору станций, образующих подсистему (Sx), соответствующую специфическому приложению, как представлено на фиг. 1. Если станция оборудована для участия в более, чем одном типе связи подсистемы, то она является элементом всех соответствующих подсистем. Пример многорежимного приемника 35, согласно настоящему изобретению, станции, поддерживающей подсистемы SI, S2 и S3, схематически представлен на фиг. 2. Он содержит усилитель 30 и фотодиод 36, которые образуют часть аналогового устройства предварительной обработки данных и три полосовых фильтра 31-33, например, для фильтрации соответствующих сигналов, принимаемых по оптическому каналу 14 связи. Фильтр 31 (WBW) предназначен для того, чтобы выделять сигналы, используемые для связи подсистемы S2, фильтр 32 (VBW) предназначен для связи подсистемы SI и фильтр 33 (SBW) для подсистемы S3. Выходы этих фильтров 31-33 можно подсоединить к модулю 34 цифровой обработки.
Станция 41 (А) (фиг. 3) принадлежит подсистемам SI и S2, где, например, SI состоит из станций 41, 42, 43, 44, 46 (A, В, С, D и F), и S2 состоит из станций 41 и 42 (А и В). Станция может также обеспечивать функциональные возможности ретранслятора для некоторых подсистем. Станция 46 (F) (фиг. 3), например, выполняет только функцию ретранслятора для S1, которая обозначена S1R, станция 42 (В), кроме того, способна функционировать внутри S1, S2 и S3 как терминал и выполняет также функцию ретранслятора для SI (SIR). Размер ячейки 40 связи определяют с помощью максимально достижимого расстояния передачи наиболее устойчивой из участвующих подсистем. Обычно, она представляет собой подсистему, работающую с самой низкой скоростью передачи данных, например, подсистема S4, обеспечивающая функции пейджера.
Изобретенный устойчивый заголовок (УФУЗ) 50 представлен на фиг. 4А. УФУЗ 50 допускает механизм виртуального считывания несущей (BCH), основанный на схеме сохранения времени канала. Заголовок 50 изобретения по меньшей мере содержит поле 52 преамбулы и поле 53 синхронизации, которые несут в себе преамбулу и слово синхронизации, соответственно. Кроме того, он содержит поле 59 управления заданной длины. Это поле 59 управления может содержать информацию, поддерживающую системы с адаптивной (переменной) скоростью передачи данных, как описано в находящейся в рассмотрении заявке PCT/ЕР 94/01196, опубликованной 26 октября 1995 года. Дополнительные подробности полей с устойчивыми заголовками приведены ниже.
Сетью с участвующими станциями на основе УФУЗ (многорежимные терминалы и ретрансляторы) управляют станции, которые входят в подсистему с самыми высокими возможностями передачи данных по сети. Этот набор станций называется диспетчерской сетью (ДC). На фиг. 3 ДС образована станциями 41, 42, 43, 44 и 46 (А, В, С, D и F), то есть сеть с переменной скоростью передачи данных используют как ДС в рассматриваемом примере. Каждая станция внутри ячейки связи на основе УФУЗ, которая будет участвовать в беспроводной оптической связи, должна быть по меньшей мере оборудована устройством предварительной обработки данных приемника, которое позволяет принимать и распознавать УФУЗ в схеме модуляции, используемой станциями, формирующими ДС.
Передача УФУЗ, согласно настоящему изобретению, в основном выполняется в две фазы.
Фаза 1. Каждая станция внутри диапазона УФУЗ (ячейка 40 связи) имеет свое устройство предварительной обработки данных, активизированное для получения заголовка. Станция, желающая передать данные, находится в состоянии ожидания до тех пор, пока канал ДС не перейдет в неактивное состояние, затем она посылает УФУЗ, предпочтительно включая информацию для ВСН и режим работы. Другие станции, расположенные внутри упомянутой ячейки связи ожидают это сообщение и обрабатывают переданную информацию. Если способ модуляции указан в поле 59 управления устойчивого заголовка, которое способно поддерживать станцию, то она сохраняет информацию ВСН и остается активной в течение двух фаз. С другой стороны, она может устанавливать счетчики блокировок по времени на основе информации, полученной ВСН, и переходить, например, в режим экономии мощности. Информацию ВСН, то есть зарезервированное время для беспроводного канала, получают из скорости передачи данных, размера блока и информации о режиме работы, указываемой с помощью передающей станции посредством передачи поля 59 управления.
Фаза 2. Станции, находящиеся в активном режиме приема, переключают свои устройства предварительной обработки данных приемника в режим, указанный в полученном поле 59 управления, и определяют полученный адрес назначения (адресат), переданный в упомянутом информационном поле 59, чтобы определить, предназначено ли сообщение им. Все станции, которые не имеют адресата переходят в режим экономии мощности и, например, ожидают до тех пор, пока не истечет зарезервированное время канала. Станция (станции) - адресат может теперь поддерживать связь с инициирующей (передающей) станцией в своем собственном режиме настолько долго, насколько был зарезервирован канал.
Как описано выше, настоящая концепция не только учитывает надежное считывание несущей во всех приемниках ячейки связи, включая те, у которых самый низкий ресурс отношения сигнал/шум (ОСШ), но их также информируют насколько долго канал будет занят блоком данных, который будут передавать. Этот метод, известный как виртуальное считывание несущей (ВСН), был адоптирован и оптимизирован для использования совместно с настоящей концепцией устойчивого заголовка.
3) Устойчивый заголовок для систем с фазово-импульсной модуляцией (ФИМ).
Дополнительные подробности устойчивого заголовка приведены в качестве примера. УФУЗ 50 (фиг. 4А) должен быть передан в формате, соответствующем способу модуляции ДС. УФУЗ 50 должна декодировать каждая станция, предусмотренная для работы внутри ячейки связи, основанной на УФУЗ. Кроме того, устойчивый заголовок должен способствовать снижению, так называемых, скрытых проблем терминала, то есть, должна быть определена структура заголовка, которая подчинена соответствующему способу модуляции ДС и которая подходит для работы даже при таких критических условиях, когда ДС (например, ДС = S1) непосредственно становится неработоспособным для обмена данными, тогда как некоторые из подсистем (например, функции пейджера с низкой скоростью передачи данных) остаются рабочими.
Пример варианта осуществления устойчивого заголовка в соответствии с настоящим изобретением.
Для системы с переменной скоростью передачи данных, ФИМ является схемой с самой высокой эффективностью. Следовательно, структура УФУЗ описана для системы, основанной на ФИМ, со связанными с ней специфическими проблемами и предложенными решениями. Подробности соответствующего поля 59 управления представлены на фиг. 4В. Следующее описание предполагает систему связи, основанную на специфическом формате символов данных ФИМ (то есть 4-ФИМ символа, где два информационных бита передают одним символом), однако, с соответствующими корректировками способ одинаково применим для системы, использующей различные форматы символов данных (например, L-ФИМ символов, где log2 (L) информационных бит передаются за символ).
В этом варианте осуществления различные части устойчивого поля 50 заголовка, способы кодирования и число передаваемых символов приведены для системы с переменной скоростью передачи данных, основанной на формате символов 4-ФИМ. Подсистема SI (фиг. 1) функционирует как ДС.
1. ПРЕАМБУЛА 52
Преамбулу 52 используют для получения относительной синхронизации приемника. Для достижения этого передают преамбулу 52, которая является периодической последовательностью импульсов. Принимающая станция, которой известно сколько слот содержится в каждом фрейме, после определенного промежутка времени может обнаружить период упомянутой последовательности импульсов. Кроме того, принимающая станция корректирует свою фазу синхроимпульса слота (восстановление синхроимпульса) с использованием схемы восстановления синхроимпульса (цикл PLI блокировки фазы). Рекомендуется использовать последовательность импульсов, которая приводит по возможности к быстрой регулировке фазы синхроимпульса слота. С этой целью, предложены последовательности импульсов 10001000... или 10000010..., каждую из которых можно использовать для обоих форматов 16-ФИМ и 4-ФИМ. Использование различных последовательностей позволяет обеспечить также простую (управляемую) передачу информации посредством одной преамбулы.
2. СИНХРОСЛОВО 53
Синхрослово 53 может содержать закодированную двоичную последовательность (например, 32-битовую последовательность) с выборочной автокорреляцией и низкой взаимной корреляцией с последовательностью 52 преамбулы. В настоящем примере, каждый бит размещают в четырех слотах, чтобы сохранить тот же самый дежурный цикл как последовательность 52 преамбулы: если бит равен "1", то импульс приходится на первый слот символа 4-ФИМ: если он равен "0", импульс размещается в третьем слоте. Оба слота проверяют во время приема на невозможные битовые комбинации для того, чтобы улучшить результат обработки синхросигнала (например, корреляции). Дополнительные подробности описаны со ссылками на фиг. 6 и 7. Другое слово синхронизации, составленное из двух отдельных слов синхронизации, представлено на фиг. 14.
3. УСП (Уменьшение скорости передачи) 54
Поле 54 УСП представляет собой слово (например, четырехбитовое), содержащее параметр УСП уменьшения скорости передачи данных следующего поля 51 данных/подсистемы (то есть данные, содержащие поле) в том случае, когда подсистема использует кодирование с повторением. Параметр уменьшения скорости передачи данных показывает, как часто повторяется каждый символ фазово-импульсной модуляции поля 51 данных/подсистемы 51.
Для других подсистем он может служить, например, в качестве индикатора скорости передачи данных. Поле 54 УСП передают как два символа в формате 4-ФИМ с помощью кодирования с повторением.
4. УСП* (Рекомендуемое уменьшение скорости передачи данных) 55
Поле 55 УСП* является словом (например, четырехбитовым), содержащим рекомендуемый коэффициент УСП* уменьшения скорости передачи данных, как получено из оцененного качества канала (скорость повторения ошибок) во время получения последнего блока данных (для подсистем, поддерживающих оценку качества канала). Его можно кодировать тем же самым способом, как и УСП.
5. РБ (Размер блока) 56
Субполе 56 размера блока содержит ряд блоков данных, которые будут передавать в поле 51 данных/подсистемы. Для уменьшения затрат можно определить только ограниченное число различных размеров блоков, например, 16 различных размеров блоков можно выявить с помощью соответствующего отображения четырех бит. Субполе 56 размера блока можно закодировать тем же самым способом, как и символы УСП.
6. Режим 57
Субполе 57 режима работы выдает сигналы приемнику (приемникам), каким способом модуляции будут передавать данные в поле 51 данных/подсистемы и будут ли передавать дальше поле 51 данных/подсистемы через ретранслятор. Число бит режимов работы выбирают достаточно большим для того, чтобы можно было уместить будущие подсистемы. Символы можно кодировать тем же самым способом, как и символы УСП.
Информацию, переданную в поле 54 УСП и поле 56 РБ, можно использовать для определения, как долго будет происходить передача данных в поле 51 данных/подсистемы. Эта информация является важной для принимающих станций, не находящихся в списке адресатов, потому что им должно быть известно, как долго будет занят оптический канал, то есть, как долго они будут оставаться в режиме молчания.
Для минимизации эффектов постоянного тока или низкочастотных составляющих, аналоговые устройства предварительной обработки данных приемников ИК обычно разрабатывают для работы на переменном токе. Поэтому изменяющийся дежурный цикл символа потребует дорогостоящего (аналогового) средства восстановления постоянной составляющей. Кроме того, амплитуда импульса передатчика и дежурный цикл символа должны быть выбраны в соответствии со средними и пиковыми ограничениями мощности, наложенными на источники света ИК, которыми обычно являются светоизлучающие диоды (СИД) или лазерные диоды, излучающие в спектральном диапазоне ИК.
УФУЗ, предложенный в качестве примера, использует временную диаграмму импульсов с тем же самым дежурным циклом, что и символы данных 4-ФИМ, для ограничения мощности. Тот же самый дежурный цикл можно также выполнить в поле 55 синхронизации, а не использовать отличающийся дежурный цикл, как это обычно делают. Дополнительным преимуществом, при использовании УФУЗ является то, что не применяют восстановление сигнала с постоянным током, как предложено выше. Если результирующий сдвиг сигнала с постоянным током влияет на эффективность работы в степени, в которой компенсация, по-видимому, является необходимой, то можно использовать способ порогового управления, представленный на фиг. 12.
В зависимости от используемой схемы передачи, можно использовать алгоритм, который определяет качество канала так, что можно получить максимально возможную скорость передачи данных. Поскольку начало поля данных/подсистемы точно известно всем активно принимающим станциям ячейки (ячеек) связи, то эти станции могут определять качество канала с помощью анализа данных, полученных в поле 51 данных/подсистемы. Максимально возможная скорость передачи данных и другая информация, относящаяся к состоянию внутри ячейки связи, может быть отображена таким образом, что пользователь получит информацию, на какой скорости он может передавать данные.
Согласно настоящему изобретению, возможно, чтобы устойчивый заголовок был использован как таковой для обмена информации между определенными станциями в ячейке многорежимной связи, если другие способы связи не приемлемы. В этом случае пропускная способность передачи информации очень ограничена, однако, некоторую информацию можно передать.
В некоторых случаях может быть предпочтительной передача информации о приоритете доступа внутри поля 59 управления, которая нужна для того, чтобы отличить информацию первой ячейки связи от информации второй, помеховой ячейки связи. Такая мера позволяет обеспечить сосуществование различных, одновременно находящихся в активном состоянии ячеек связи (пикоячейки) внутри одиночной ячейки 40, каждая из которых требует полной пропускной способности канала, игнорируя информацию о считывании виртуальной несущей, содержащейся в УФУЗ, которая поступает из других пикоячеек. Это можно выполнить, поскольку интенсивности сигналов внутри такой пикоячейки достаточно высоки для того, чтобы разрешить захват канала связи, и таким образом остаются не пострадавшими от помех других отдаленных пикоячеек. Пикоячейка может содержать две или более передвижных или фиксированных станций и может также содержать станцию для доступа к проводным локальным вычислительным сетям (ЛВС).
На фиг. 5 представлен первый вариант осуществления настоящего изобретения. Согласно этому варианту осуществления, УФУЗ вырабатывают в случае, если полезную нагрузку (двоичные данные) или информацию необходимо передавать по оптическому каналу 14. УФУЗ вырабатывает генератор 10 заголовка, тогда как двоичные данные обрабатывают и кодируют подходящим кодером 11, используемым для того, чтобы отобразить двоичные данные в символах ФИМ. Кроме того, можно использовать систему с упреждающей коррекцией ошибок (не показана).
В первом варианте осуществления, кодер представляет собой кодер 11 с фазово- импульсной модуляцией (ФИМ). Устройство возбуждения 12 светоизлучающего диода возбуждают сигналами, которые должны быть переданы в СИД 17. Устройство возбуждения 12 СИД может иметь на выходе до восьми устройств, вырабатывая суммарную оптическую пиковую мощность, например, до 2 Вт. На другой стороне оптического канала 14 предусмотрен фотодиод 18 (или матрица фотодиодов), который принимает сигналы от СИД 17. Сигнал на выходе фотодиода 18 обрабатывает аналоговое устройство 13 предварительной обработки данных приемника, например, содержащего усилитель и схему автоматической регулировки усиления (АРУ). Предпочтительно, чтобы аналоговое устройство 13 предварительной обработки данных было разработано с учетом защитной защелки, предохраняющей от попадания окружающего света с высокой интенсивностью, и схема АРУ обладала большим динамическим диапазоном в пределах 70 дБ. Исключая мягкую демодуляцию для того, чтобы избежать сложной многобитовой обработки, амплитуду управляемого аналогового сигнала, полученную с помощью устройства 13 предварительной обработки данных настоящего варианта осуществления, подают на пороговое устройство 15 (компаратор), который вырабатывает двоичный, продолжительный по времени, выходной сигнал. Выходной сигнал затем обрабатывают посредством модуля 16 цифровой обработки. Последний по меньшей мере выполняет такие функции, как регистрация несущей (обнаружение несущей), восстановление синхронизации слота и соответствующие, а также абсолютную синхронизацию символа данных посредством анализа полей 52 и 53 УФУЗ. В зависимости от информации, передаваемой в поле 59 управления УФУЗ, модуль 16 цифровой обработки может также предусматривать извлечение скорости передачи данных пользователя и размер блока данных, декодирование данных и оценку качества канала. Пример модуля 16 цифровой обработки приемника приведен в описании со ссылкой на фиг. 6.
На фиг. 6 показаны подробности варианта осуществления модуля 16 цифровой обработки приемника. После получения фрейма преамбулы из компаратора 15 первый синхросигнал слота восстанавливается посредством цифровой цепи 60 фазовой синхронизации (ЦФС) с переменным контуром усиления и предварительной обработкой, чтобы лучше справиться с шумовыми сигналами ФИМ. Оценки фазы и последующей регулировки фазы основаны на n-разовом (например, n = 8) сверхквантовании посредством квантизатора 61 слота из двоичного оцененного сигнала, полученного с помощью порогового устройства 15. Контуром усиления ЦФС управляет машина 63 основного состояния (МОС). Работа МОС 63 представлена на фиг. 7. Предпочтительно, чтобы усиление было высоким в начале приема преамбулы для того, чтобы получить быстрый захват фазы и уменьшить вероятность условия разъединения ЦФС 60. Чтобы защитить локальную фазу синхроимпульса от режима ожидания во время трэкинга принятой фазы сигнала, усиление контура изменяют до более низкого значения после правильного обнаружения несущей и данных преамбулы схемой регистрации несущей, согласно настоящему варианту осуществления. ЦФС 60 блокируют по переднему фронту входного сигнала, и восстановленный синхроимпульса слота (например, 4 МГц) соответственно задерживают, чтобы он служил опорным сигналом для квантизатора 61 слота. Фазовая разрешающая способность квантования синхроимпульса на 45o достаточно для квантования слота без снижения эффективности работы. Оставшиеся части схем синхронизируют с восстановленным синхроимпульсом слота (например, 4 МГц). Синхронизация символа выполнена в два этапа. Последовательность событий следует из упрощенной диаграммы состояния МОС 63 (фиг. 7). Вслед за обнаружением несущей, схема регистрации несущей осуществляет поиск конфигурации соответствующей преамбулы и информирует МОС 63, когда была найдена действительная последовательность импульсов преамбулы 52. В свою очередь, МОС 63 разблокирует схему синхронизации символа внутри блока 62 распознавания синхроимпульса с помощью получения запускающего сигнала, выровненного с фазой преамбулы (позиция импульса преамбулы), в соответствии с первым слотом особым образом закодированного слова синхронизации. С этого момента времени схема синхронизации фрейма, являющаяся частью блока 62 распознавания синхроимпульса, сохраняет информацию, найденную в последовательных 32 фреймах символа в 32-битовом сдвиговом регистре внутри блока 62, выходные сигналы которого подают в коррелятор (следует отметить, что в настоящем примере предполагается, что синхрослово имеет 32 бита). Дополнительные подробности модуля 62 распознавания синхросигнала приведены на фиг. 11. Если принятую последовательность импульсов, которую подают в сдвиговый регистр, обнаруживают в дальнейшем той же самой и известной приемнику, то достигается абсолютная синхронизация, то есть МОС 63 допускает, что начало поля 59 управления фиксированной длины только перед блоком ФИМ-закодированных данных было найдено для того, чтобы показать, что достигнута абсолютная синхронизация, в выходной строке 67 блока 62 получен синхрофлаг.
Аналогично, можно также использовать алгоритм и подходящее синхрослово 53, которое позволяет выполнить абсолютную синхронизацию, даже если принимаемое синхрослово частично разрушено. Пример такого слова синхронизации приведен на фиг. 14, а соответствующие аппаратные средства приемника представлены на фиг. 11. Например, если конечный результат коррелятора 112, вычисленный для каждого периода фрейма символа, где можно ожидать импульс синхронизации, превышает некоторый порог Ths (смотри блок 113), то МОС 63 допускает, что найдено начало поля 59. Синхрослово 53 также может нести в себе дополнительную информацию, которую адресуют позже.
Если найдено начало поля 59 управления фиксированной длины, то также известно начало поля 51 данных/подсистемы. Следуя настоящему примеру, где поле 51 данных/подсистемы ФИМ-закодировано, все следующие символы интерпретируют как ФИМ-символы. Каждое поле 54-57, как показано на фиг. 4В, накапливают подобно фрейму (например, 16 раз) в накапливающем аккумуляторе 64 импульсов и оценивают с помощью подходящей схемы 65 оценки символов. Ту же самую процедуру можно использовать для обнаружения данных в поле 51 данных/подсистемы, в соответствии с информацией УСП, полученной в поле 59 управления. Существуют различные возможные способы декодирования и передачи информации, которую переносят в поле 59 управления. В этом случае, необходимо соответственно разрабатывать приемник.
Если правильно принимают все поле 51 данных/подсистемы, то можно выработать сигнал запуска для приращения схемы измерения пропускной способности, и счетчик скорости передачи данных успешного пакета сбрасывают.
Устройство оценки 66 качества канала контролирует скорость передачи ошибок на канале 14 IR. В настоящем варианте осуществления используют цифровое устройство оценки 66 качества канала, потому что определение ОСШ посредством аналоговой схемы или измерения скорости передачи данных успешных пакетов является либо дорогостоящим, либо слишком медленным и, таким образом, менее подходящим. Устройство оценки 66 качества канала контролирует скорость передачи ошибок на канале 14 IR. Из этой оцененной скорости передачи ошибки можно определить рекомендуемый коэффициент (УСП*) уменьшения скорости передачи данных для будущих полей 51 данных/подсистемы.
Для быстрого отклика обратной связи передатчику станции передачи, подсчет ошибок при передаче можно выполнить на уровне символов ФИМ, а не на уровне поля данных/подсистемы. Очевидно, неправильные символы ФИМ (то есть, 0, 2, 3, ... импульсов на фрейм) подсчитывают с помощью наблюдения за каждым отдельным принятым символом. Отношение наблюдаемых ошибок символов к общему числу символов, полученных в поле 51 данных/подсистемы, затем принимают как количественную меру мгновенной скорости передачи ошибок по каналу 14 IR.
В следующих примерах приведены схемы согласования скорости передачи данных. Максимально возможная скорость передачи данных, достигающая по существу передачи пакета, свободного от ошибок, (ошибочные пакеты повторяют на уровне среднего протокола управления доступом), может меняться в широком диапазоне за короткий промежуток времени.
Станциям, которые могут адаптировать свою скорость передачи данных, необходимо произвести взаимный обмен своими текущими подходящими скоростями передачи данных. Чтобы предотвратить повторные передачи, этот обмен информации о скорости передачи данных можно выполнить внутри сообщения обратной связи об ошибках.
Согласно предложенному способу согласования скорости передачи данных, каждая станция передает рекомендуемый параметр уменьшения (УСП*) скорости передачи данных, на основе последнего принятого фрейма данных в соответствующем поле УФУЗ. Это представлено на фиг. 8, как процедура согласования скорости передачи данных, которую можно выполнить в протоколе CSMA/CA (множественный доступ с контролем несущей и предотвращением конфликтов) с использованием запроса-на-передачу/подтверждения-готовности-передачи (ЗНП/ПГП). Предложенное согласование скорости передачи данных основано на следующих принципах:
Качество канала оценивают на основе всех принятых данных и фреймов управления, для которых общее число символов L-ФИМ превышает 128.
Скорость передачи данных, особенно для фреймов управления, согласовывают (адаптируют) с большим запасом для того, чтобы предотвратить ненужные ретрансляции, вызванные с помощью поврежденных фреймов ПГП или фреймов подтверждения (ПДТ). Ретрансляции целесообразны, когда происходят конфликты и когда параметр ОСШ (отношение сигнал/шум) является высоким. В случаях низкого ОСШ канала более эффективно кодирование с повторением (то есть увеличение УСП).
Фрейм с обязательным ПДТ вводят для передачи рекомендуемого символа уменьшения скорости передачи данных и для гарантии того, что только одна ретрансляция блока данных будет необходима.
Для облегчения проблемы регистрации несущей можно использовать способ распределения сети (подобный способу в IEEE 8.2.11). Зарезервированную информацию необходимо передавать с максимально возможной избыточностью. Для адаптивной системы передачи скорости передачи данных предложено вычислять фактическое время резервирования канала посредством символа (УСП) скорости передачи данных, а размер блока (РБ) данных передавать в поле управления 59.
Инициализация сети внутри ячейки связи (смотри, например, фиг. 3) может происходить следующим образом. Одна станция с S1 способна инициировать запуск сети с помощью передачи специального фрейма управления, который определен для каждой подсистемы. Это происходит сначала для S1, затем инициирующая станция находится в состоянии ожидания до тех пор, пока она не получит ответы из всех других станций S1. Инициирующая станция продолжает работу тем же способом для S2 и S3. После завершения, все другие станции продолжают работать тем же самым способом - каждая для своих соответствующих подсистем согласно протоколу доступа к выбранному каналу. В конце все станции передают свой список утвержденных подсоединений каждой станции по своему списку. С помощью этого способа каждая станция получает карту состояния каждого возможного соединения в сети, включая исходную информацию о качестве канала. Эти карты здесь упоминаются как карты состояния скорости передачи данных/возможности соединения. На основе этой информации можно идентифицировать терминалы, скрытые внутри ячейки связи. Кроме того, во время инициализации сети можно также передавать информацию, которая является важной для известных принимающих станций. Длину поля 59 управления, подробности на субполях поля 59 управления и тому подобное можно определить во время инициализации сети.
Как для пользовательской информации, так и для управления сети необходимо хранить в каждой станции и отображать пользователю эффективным способом некоторые типы таблиц 90-92 скорости передачи данных/связности (ТСС). Информацию такой таблицы скорости передачи данных/связности можно также сделать доступной для прикладной программы, если это необходимо. Примеры ТСС 90-92 представлены на фиг. 9, эти таблицы составлены из карт состояния скорости передачи данных/связности. ТСС можно использовать для пользовательской информации, как представлено на фиг. 10, распознавания сети, альтернативной маршрутизации через повторители. Кроме того, ТСС помогает увеличить пропускную способность сети, так как известны исходные скорости передачи данных. После некоторого времени могут потребоваться ТСС для дальнейшего обновления, потому что некоторая станция S1, адаптированная к скорости передачи данных, физически перемещаемые станции или новые станции пытаются подсоединиться, например, к сети. В последнем случае можно выполнить другую процедуру инициализации.
Пример отображаемой пользовательской информации сети для станции D, представлен на фиг. 10, он показывает, что станция B не может принять станцию D, то есть станция D представляет собой скрытый терминал для станции В. В представленном примере, устройство отображения 101 показывает соответствующее сообщение, рекомендующее исправление ситуации. Кроме того, устройство отображения 100 показывает, что связь между станциями D и А ограничена относительно низкой скоростью передачи данных. Как показано во втором устройстве отображения 101 (фиг. 10), из этого следует, что для полной передачи файла объемом 1,6 Мбайт потребуется две минуты. Таким образом, у пользователя D отображается рекомендация переместиться ближе к станции А.
В системах с высокой скоростью передачи данных можно избежать чрезмерных затрат на заголовок следующим образом. Станции, работающие в подсистеме, которая использует передачу с низкой скоростью (например, функция S4 пейджера), требуют намного ниже ОСШ и, таким образом, имеют более высокую помехоустойчивость к шуму (выше 20 - 30 дБ), чем выбранный ДС (ДС = S1). При использовании алгоритмов кодирования с повторением и подходящей схемы синхронизации символов можно разработать УФУЗ, который имеет достаточно высокую устойчивость к ошибкам для с низкоскоростной передачи данных. Однако требуемая длина такого заголовка будет значительно уменьшать эффективность ДС и других высокоскоростных подсистем. Пример такого заголовка со словом синхронизации с увеличенной длиной, используемой для получения более высокой устойчивости, описан со ссылкой на фиг. 14.
Исследования отношения сложности (стоимости) и эффективности передачи к устойчивости к ошибкам системы привели к схеме двойного режима УФУЗ. Так называемый низкоскоростной режим с уменьшением УФУЗ (Н-УФУЗ) поддерживает уменьшение (УСП) показателей скорости передачи данных вплоть до восьми в режиме передачи ДС. Более дорогостоящий режим высокоскоростного снижения УФУЗ (В-УФУЗ) позволяет поддерживать связь ДС с максимальным значением УСП 64. В-УФУЗ поддерживает подсистемы, работающие при ОСШ вплоть до 20 дБ, что ниже требуемого ОСШ, необходимого для поддержания допустимой вероятности успеха пакету по каналу ДС, работающему без уменьшения скорости передачи данных (то есть УСП = 1). Сети в ДС (S1) и с высокоскоростным (S2) режимом передачи используют обычно Н-УФУЗ, и активизируют В-УФУЗ в случае, когда низкоскоростная передача (S3) и/или функции (S4) дистанционного управления обнаруживается внутри ячейки связи. С помощью этой схемы, и предполагая устойчивую схему прямой регистрации несущей, происходит активизация в станциях В-УФУЗ, при этом каждой станции внутри диапазона В-УФУЗ можно объявить предстоящий трафик Н-УФУЗ, даже в случае, где сам заголовок нельзя корректно декодировать. Инициализацию сети и начальную оценку качества канала для станций ДС выполняют в режиме В-УФУЗ.
Для достижения высокой надежности (устойчивости к ошибкам) принимающие станции могут определять режим заголовка (Н-УФУЗ) или (В-УФУЗ) путем анализа периодической картины принятой преамбулы посредством метода усреднения импульсов, составляющего в среднем процедуру (это не основное использование преамбулы, согласно настоящему изобретению). Например, усреднение потока с принимаемой преамбулой до шестнадцати раз или большего числа раз допускает надежное обнаружение режима со снижением до ОСШ, равным 0 дБ (где для надежного обнаружения поля 51 данных требуется RR, равное 64). Например, последовательность импульсов преамбулы 10001000..., которая имеет период, равный восьми слотам (длина двух символов 4-ФИМ), можно использовать для передачи сигнала, режимом заголовка которого является В-УФУЗ, и последовательность импульсов преамбулы 10000010..., также имеющей период равный восьми слотам, может передавать сигнал, заголовком которого является Н-УФУЗ. Ту же самую схему, используемую на стороне приемника для обнаружения режима заголовка, можно использовать для устойчивого обнаружения с прямой регистрацией несущей.
Синхронизация фрейма требуется для определения начала поля 59 управления и начала следующего (возможно закодированное повторение) поле 51 данных/подсистемы. Она является также основой для доказательства границ символов ФИМ, если используют передачу закодированных ФИМ. Для этих целей, сразу же после преамбулы 52 (см. фиг. 4А) можно передавать специальный образец 53 импульса. Общие решения используют запрещенные символы ФИМ (например, более, чем один импульс на символ) для того, чтобы сделать слово 53 синхронизации уникально обнаруживаемым, или они обнаруживают подходящую двоичную последовательность (показывающую необходимые свойства корреляции) посредством схемы коррелятора. Однако может потребоваться, чтобы единственное слово синхронизации 53, работающее в условиях В-УФУЗ, было избыточно длинным, требующим соответственно длинной схемы коррелятора. Дополнительная проблема заключается в том, что слово 53 синхронизации должно находится внутри выбранного формата ФИМ для подчинения ограничению средней мощности, наложенному источником света ИК (дежурный цикл) и поддержания непрерывности в принятом уровне сигнала постоянного тока.
Решение, которое сохраняет дежурный цикл, избегает сдвига уровня сигнала постоянного тока и уменьшает требуемую длину коррелятора при соблюдении условий В-УФУЗ, будет описано ниже со ссылкой на фиг. 11. Для составления подходящего более длинного слова синхронизации лучше использовать два относительно коротких слова синхронизации, чем длинное одиночное слово 53 синхронизации. Первое из них размещают внутри выбранного формата символа ФИМ таким способом, что соответствующий первый коррелятор 110 вырабатывает идеально, то есть в отсутствии шума, выходной сигнал, соответствующий второму определенному слову синхронизации. Выходной сигнал этого первого коррелятора 110 используют затем в качестве входного сигнала для соответствующего второго коррелятора 112, который выдает информацию о синхронизации символа/фрейма после применения пороговой операции 113 к его выходному сигналу. Эта схема заметно уменьшает затраты на аппаратные средства для обнаружения синхронизации. Кроме того, эта схема совместима со способом (Н-УФУЗ) или (В-УФУЗ) двойного режима передачи заголовка.
Схему двухэтапной синхронизации, описанную ниже, можно расширить так, что вместе с информацией синхронизации можно передать дополнительную информацию. Например, второе слово синхронизации используется в 4 различных способах (например, B1 = { + 1, + 1, - 1, + 1, - 1}, B2 = {- 1, + 1, - 1, + 1, + 1} , В3 = {- 1, - 1, + 1, - 1, + 1}, B4 = {+ 1, - 1, + 1, - 1, - 1}) так, что 2 различных двухэтапных коррелятора могут отличить 4 результирующие составные последовательности синхронизации (то есть, в этом случае предполагается, что каждая версия второго синхронизации имеет дополнительную версию). Четыре результирующие последовательности на выходе первого коррелятора должны иметь хорошие автокорреляционные и взаимокорреляционные характеристики. С помощью этой схемы можно передавать 2 бита информации вместе с информацией синхронизации. Аналогично, схему можно обобщить, например, с помощью включения в нее первого слова синхронизации для передачи дополнительных бит информации.
Ниже приведены дополнительные подробности по возможной схеме двухэтапной синхронизации и синхронизации символа/фрейма для низкого ОСШ. На фиг. 11 представлена вышеупомянутая схема двухэтапной корреляции для фрейма и символа синхронизации в случае низкого ОСШ. В этом примере, первый коррелятор 110 выполнен так, чтобы реагировать на оцененное двоично первое слово синхронизации. Выход первого коррелятора 110 оценивают троично (+ 1, 0, - 1) с помощью схемы 111 и обеспечивают вход для второго коррелятора 112. Второй выход коррелятора оценивают двоично (0, + 1) с помощью схемы 113 и возбуждают элемент 114 памяти, управляемый с помощью синхроимпульса слота системы ФИМ, при этом сигнал Синхроим- пульс_флаг на выходе 67 представляет собой информацию синхронизации.
Другой вариант осуществления приемника, согласно настоящему изобретению и соответствующий диаграмме состояния, приведен на фиг. 12 и 13. Этот приемник имеет необходимые свойства для получения быстрой (в среде с высоким ОСШ), а также устойчивой (при низком ОСШ) функции обнаружения несущей. На фиг. 12 представлены два пороговых детектора 121 и 124. Последний пороговый детектор предназначен для быстрого обнаружения несущей, тогда как первый пороговый детектор служит для устойчивого обнаружения 123 заголовка, а также для обнаружения 122 данных. Устойчивый детектор 123 заголовка предусматривает сигнал Преамбула_флаг в функциональном блоке 126, который выдает сигнал защиты несущей, с целью защиты сигнала Скорость_Несущая_флаг, вырабатываемого с помощью быстрого детектора 125 несущей. Хотя, сигнал Скорость_Несущая_ флаг обеспечивает быстрое обнаружение несущей по среднему значению хороших ОСШ, при этом сигнал Преамбула_флаг обеспечивает более медленный сигнал для обнаружения несущей при низком ОСШ. Объединенные вместе два сигнала (Скорость_Несущая_флаг, Преамбула_флаг) обеспечивают устойчивое, а также быстрое обнаружение несущей. Блок 126 вырабатывает сигнал Несущая_ флаг (показывающий успешное обнаружение несущей) из этих двух сигналов. В случаях, когда сигнал Преамбула_флаг отсутствует в пределах определенного промежутка времени после возбуждения сигнала Скорость_Несущая_флаг, появляется неправильный сигнал тревоги и возвращается в исходное состояние сигнал Скорость_ Несущая_ флаг (и таким образом, сигнал Несущая флаг) посредством сигнала Скорость_Несущая_сброс.
Детектор 123 устойчивого заголовка вырабатывает сигналы Заголовок_флаг. Блок_размер, Синхросигнал_флаг, УСП, L (режим) и возможно другие в зависимости от полей, переданных в поле 59 управления с другими функциями приемника (не показано).
Поскольку знание УСП после приема поля 59 управления внутри устойчивого заголовка 50 показывает качество канала (ОСШ), то эту информацию вместе с информацией о способе модуляции можно использовать для регулировки порогового значения VTH2 компаратора 121 на оптимальное значение во время приема поля 51 данных/подсистемы. (N-битовый сигнал обратной связи от 123 до 120). Порог VTh1 компаратора 124 выбирают для оптимального быстрого обнаружения несущей.
На фиг. 14 представлено слово синхронизации, которое состоит из двух более коротких слов синхронизации (последовательность 1 и последовательность 2). На этом чертеже показано, как передатчик ФИМ, согласно настоящему изобретению, составляет такое длинное слово синхронизации из первого слова (S) и второго слова (В). Дополнительно показано в каком порядке передают слово синхронизации внутри фреймов символа 4-ФИМ. Это длинное слово синхронизации составлено из двух более коротких, а также похожих слов синхронизации, которые подходят для использования, если качество канала передачи является плохим. Таким образом, этот способ синхронизации символа/фрейма хорошо подходит для выполнения устойчивого заголовка на практике. Корректная синхронизация возможна (за счет обнаружения корреляции) даже в случае, когда только часть слова синхронизации принимается правильно.
Согласно настоящему изобретению, пользователь может передать зашифрованные данные внутри 51 поля данных/подсистемы, однако, устойчивый заголовок 50 никогда не будет зашифрован так, чтобы все станции могли понимать, когда его принимают из любой участвовавшей станции. Концепция изобретения позволяет выполнять шифрование информации, передаваемой в поле 51 данных/подсистемы, поскольку отсутствуют ограничения того, какое поле данных/подсистемы должно выглядеть одинаково.
Однако имеет также смысл включить в поле 59 управления субполе (аналогично, информации приоритета доступа или поля режима работы), которое можно использовать для отображения адресата (принимающей станции), и возможно другие станции, которые следуют за d полем данные/подсистемы будут передаваться в зашифрованном режиме (обычно шифрование выполняют поверх физического уровня).
В более общем виде можно определить в поле 59 управления, "общее" субполе, которое известно каждой станции, из имеющихся там (включая позицию и длину), но значение этого содержания, известно только подмножеству станций. Включение такого общего субполя в поле 59 управления устойчивого заголовка 50 показывает, что концепция устойчивого заголовка допускает даже некоторую индивидуальную степень свободы, не компрометируя основное намерение, а именно то, что может быть всем понятно и, в частности, при очень плохих условиях канала.
Ниже приведены примеры различных вариантов осуществления настоящего изобретения.
1. Аппаратные средства, согласно настоящему изобретению, могут, например, быть встроены в компьютерную плату, которую можно подсоединить к компьютерной шине с помощью ее установки внутри корпуса компьютера, или которую можно подключить в разъем (например, в виде платы стандарта Международной ассоциации производителей плат памяти для персональных компьютеров (PCMCIA)), предусмотренный в упомянутом корпусе.
2. Аналогично, настоящий передатчик/приемник, которые в дальнейшем должны быть подсоединены к компьютеру, можно выполнить в отдельном корпусе.
3. Кроме того, передатчик/приемник, согласно настоящему изобретению может быть встроен в периферийное устройство (например, принтер). В некоторых случаях достаточна облегченная версия, поскольку обычно периферийное устройство, такое как принтер например, только получает данные. Только ограниченное количество информации обычно поступает обратно в станцию, которая запросила печатную работу. В таких случаях может быть достаточным только передача устойчивого на физическом уровне заголовка и некоторой информации в поле управления заголовка.
4. Схему в соответствии с изобретением можно выполнить также в виде микрокода, который выполняет процессор цифрового сигнала или другая машина, имеющая аппаратные средства специального назначения.
Описывается оптическая система связи, позволяющая поддерживать связь между несколькими сосуществующими передающими и принимающими станциями. Чтобы выполнить связь между сосуществующими станциями используется устойчивый на физическом уровне заголовок (УФУЗ), который может распознаваться всеми участвующими станциями. Этот устойчивый заголовок по меньшей мере содержит преамбулу, состоящую из фреймов, которые образуют периодическую последовательность импульсов, число слот на фрейм и содержание фреймов, известное всем участвующим станциям. Преамбула служит для относительной синхронизации и обнаружения несущей принимающих станций. Устойчивый заголовок дополнительно содержит уникальное слово синхронизации, используемое для абсолютной синхронизации принимающих станций. Это слово синхронизации следует за полем управления с фиксированной длиной и известной структурой. Посредством этого поля управления принимающие станции получат информацию какой способ модуляции будет использоваться для передачи данных. При определенных условиях также полезно получить другую информацию управления в поле управления для поддержания канала связи и сетевого управления. Кроме того, можно произвести обмен информацией, который позволяет согласовать и/или адаптировать скорость передачи данных, используемую для передачи. Это позволяет оптимизировать пропускную способность, которая зависит от условий (качества) передачи данных в канале, что и является достигаемым техническим результатом. 5 с. и 33 з.п. ф-лы, 15 ил.
| Прибор для очистки паром от сажи дымогарных трубок в паровозных котлах | 1913 |
|
SU95A1 |
| Устройство приема информации волоконно-оптической линии связи | 1990 |
|
SU1753605A1 |
| Индикатор 90 -го угла сдвига фаз | 1976 |
|
SU601629A1 |
| US 5392283 A, 21.02.1995 | |||
| US 5099346 A, 24.03.1992. | |||
