СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ Российский патент 2003 года по МПК H03M5/18 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в цифровых системах передачи информации, например в локальных вычислительных сетях.

При передаче данных по линиям связи наиболее распространенным является фазоманипулированный код типа Манчестер II (Шевкопляс Б.В. Микропроцессорные структуры. Инженерные решения. М.: Радио и связь, 1990, с. 89-91, 97-101). К основным достоинствам этого кода относятся: использование только одного канала передачи, самосинхронизация данных в каждом кодовом интервале, отсутствие постоянной составляющей в спектре и наличие только двух уровней напряжения в выходном сигнале (фиг.1а, b). Однако дальность передачи в проводных линиях связи ограничивается вследствие частотной дисперсии скорости распространения и коэффициентов затухания для различных составляющих в спектре сигнала и определяется АЧХ и ФЧХ линии. Наибольшее влияние на форму оказывает относительное увеличение низкочастотных составляющих в спектре сигнала вследствие их наименьшего затухания в линии передачи, что приводит к потере устойчивости сигнала относительно нулевой линии. Все это в свою очередь приводит к ограничению дальности передачи информации и снижению надежности ее декодирования.

Задачей изобретения является модификация кода, использующего один канал передачи, которым является фазоманипулированный код, посредством введения одинаковой начальной фазы передающей частоты для бит обоих логических уровней и увеличения длительности "нулевого" битового интервала на одну треть за счет использования дополнительного уровня напряжения.

Технический результат изобретения - создание кода с высокой устойчивостью относительно нулевой линии, что будет соответствовать увеличению дальности передачи.

Указанный технический результат в предлагаемом способе передачи информации, использующем для передачи один канал, при котором кодированный сигнал формируется таким образом, что временная пауза между предыдущим и последующим битами, равная половине периода передающей частоты, определяет предыдущий бит как носителя логического нуля, а отсутствие паузы дает его определение как носителя логической единицы (фиг.2а, b).

Основное преимущество предлагаемого кода перед фазоманипулированным - передача данных на одной частоте, вследствие чего улучшаются передающие свойства сигнала. "Нулевой" битовый интервал равен битовому интервалу фазоманипулированного кода, что делает информационную посылку в предлагаемом коде короче. На фиг.3 а, b показаны длительности посылок в обоих кодах. Из этого следует, что передающая частота должна быть в полтора раза выше, чем верхняя частота двухчастотного сигнала. Последнее обстоятельство в свою очередь приводит к более быстрому затуханию сигнала в линии передачи. В общем случае это является недостатком моночастотного кода, хотя величина затухания будет определяться амплитудно-частотной характеристикой конкретного типа коаксиального кабеля и может быть незначительной.

Ширина спектра сигнала, занимаемая двухчастотным кодом, определяется выражением П ≈ 2,6Δf + 0,55В, где Δf - разность верхней и нижней логических частот, В - скорость передачи информационных бит. Полоса сигнала моночастотного кода будет равна передающей частоте. При использовании кода Манчестер II с несущей частотой 10 МГц, полоса сигнала будет, следовательно, равна П ≈ 2,6Δf + 0,55В=15,75 МГц, где скорость передачи, бит, определяется в данном случае нижней логической частотой. Соответственно для моночастотного кода П = 15 МГц, т.е. полосы сигналов с использованием обоих сравниваемых кодов приблизительно равны. Из этого следует что по каналу, используемому для передачи фазоманипулированного кода, может передаваться и моночастотный код без увеличения пропускной способности канала.

Увеличение передающей частоты в полтора раза будет означать увеличение скорости передачи информационных бит источником. С увеличением равновероятности обоих символов, скорость создания сообщений источником при сохраняющейся пропускной способности канала возрастает в среднем в 1,2 раза. Поскольку длительность посылок может увеличиваться по отношению к коду NRZ до полутора раз, то очевидно, что при использовании моночастотного кода, устройства ввода - вывода передатчика и приемника должны работать в режиме обмена по прерыванию, либо в режиме асинхронного обмена.

В отличие от фазоманипулированного кода, количество положительных и отрицательных импульсов при любой длине посылки абсолютно равно, что хотя и несущественно, но все же улучшает передающие свойства сигнала при прохождении через реактивные цепи. Достоинством предлагаемого кода является отсутствие канала синхронизации, однако по сравнению с фазоманипулированным кодом восстановление передаваемого сигнала построено по другому принципу. В ретрансляторах и в приемнике нет необходимости в использовании "часов" для формирования меток времени, которые бы фиксировали приходящие биты. Факт присутствия бита и его логический уровень устанавливаются тремя тактами, которые формируются последовательно тремя уровнями напряжения, относительно начала битового интервала.

Рассмотрим один из вариантов реализации кодирующего устройства, где униполярный код NRZ сначала преобразуется путем перераспределения длительности "нулевых" и "единичных" битовых интервалов как показано на фиг.3b.

Схема, реализующая такое преобразование (фиг.4), работает следующим образом. Информационные биты поступают со сдвигового регистра 1 на одновибратор 2, преобразующий положительный скачок напряжения в импульс, поступающий на триггер 3. Триггер работает в режиме переключения и переключается только при смене "нулевых" бит на "единичные". На вход С счетчика 4 с генератора поступает импульсная последовательность. Количество импульсов определяет длительность битового интервала. Если формируется "единичный" битовой интервал, то импульс с N-го выхода декодера 5 через элементы 6, 7 и 8 обнуляет счетчик и одновременно сдвигает содержимое регистра 1 на одну позицию вперед. По этому же принципу получаем и "нулевой" интервал, используя в этом случае (N+ΔN)-й вывод декодера 5, соответствующий большему количеству тактов. При этом N-й выход блокируется запрещающим уровнем на элементе 6.

Преобразованный таким образом код NRZ подается с выхода триггера 3 на схему, показанную на фиг.5, на выходе которой получаем кодированный сигнал (фиг.6). Сигнал подается через элемент 2 (фиг.5) на вход R счетчика 4 и через инвертор 1 на вход R триггер 5. Счетчик, используемый для формирования "нулевого" бита, и на вход С которого подается тактовая частота с генератора импульсов, обнуляется на каждом третьем такте через элементы 3 и 2. Частота следования импульсов такова, что в "нулевом" битовом интервале умещаются только три, а в "единичном" - два такта. Выходные значения счетчика подаются на адресные входы мультиплексора 6, на информационных входах которого присутствуют напряжения трех уровней. Триггер 5 задействован для получения "единичного" бита и работает как переключатель, т.е. делитель на два. Его выходы также подаются на адресные входы мультиплексора 7, на информационные входы которого поданы напряжения двух уровней.

Высокая достоверность декодирования обеспечивается тем, что два разнополярных и один промежуточный ("нулевой") уровни напряжения фиксируются с достаточно большой допустимой погрешностью, что при известном коэффициенте затухания для моночастотного сигнала и отсутствии фазочастотных искажений позволяет точно восстановить его двоичное значение.

Схема на фиг.7 преобразует уровни напряжений в тактовые импульсы. Опорные напряжения Е₁, Е₂ и Е₃ компараторов 1, 2 и 3 подобраны так, что в случае прихода на их вторые входы положительного напряжения срабатывают все компараторы, а соответствующий отклик - импульс появляется на выходе I. Если напряжение близко к нулевому, срабатывают компараторы 2 и 3, а импульс снимается с выхода II. В случае отрицательного напряжения происходит срабатывания компаратора 3, а соответствующий импульс получаем на выходе III.

"Расщепленный" таким образом сигнал подается на схему дешифрации (фиг. 8). Если приходят последовательно несколько "единичных" бит, то соответствующие им импульсы согласно схеме на фиг.7 будут появляться только на I и II входах и через элементы 8 и 9 поступать на счетчики 2 и 3. Отчет ведет только один из них, поскольку второй всегда отключен благодаря подаче запрещающего уровня на вход сброса R, поступающего с триггера 1, работающего в режиме переключения. Работающий счетчик имеет разрешающий уровень на входе R, поступающий с другого выхода триггера.

В работе счетчиков принимают участие только по два младших выходных разряда. На третьем такте они выдают адрес входа, соответствующего работающему счетчику мультиплексора 4 или 5 (фиг.8), на который подано напряжение, соответствующее логической единице. Скачок напряжения на выходе Y мультиплексора подается на схему 6 или 7 (фиг.8), которая вырабатывает два последовательных коротких импульса (обозначены цифрами, обведенными кружками). Первый из них через элементы 10 и 11 переключает триггер и меняет местами включенный и отключенный счетчики. Этот же импульс устанавливает наличие "единичного" бита, поступая на одновибратор 12, с выхода которого снимается положительный импульс с длительностью, несколько превышающей первоначальную длительность "единичного" битового интервала моночастотного кода. Второй импульс с выхода схемы 6 или 7 подается на включенный счетчик, который отсчитывает первый такт.

Два следующих такта вновь поступают со входов I и II. На третьем такте появляется скачок напряжения на входе Y соответствующего мультиплексора и т. д. Если череда "единиц" сменяется "нулями", на входе III появляются соответствующие импульсы. Импульс на входе III через элемент 11 переключает триггер, обнуляя, таким образом, содержимое счетчика, успевшего к этому моменту принять два такта со входов I и II. Этот же импульс подается на одновибратор 13, с инверсного выхода которого получаем "нулевую" паузу, равную по длительности битовому интервалу для лог. 0. В итоге с выхода элемента 14 получаем сигнал, показанный на фиг.3b.

Работа дешифратора поясняется временными диаграммами на фиг.9 на примере конкретного кодированного сигнала (фиг.9а). На фиг.9b показаны сигналы на выходах схем 6 и 7.

На фиг.9с показан сигнал на выходе дизъюнктора 11. На фиг.9d, e показаны сигналы, снимаемые с выхода одновибратора 12 от поступающих на его вход через элемент 10 разных импульсов со схем 6 и 7. На фиг.9f показан сигнал на инверсном выходе одновибратора 13. С выхода конъюнктора 14 (фиг.9h) снимается выходной сигнал, который, поступая далее на схему (фиг.5), проходит полный цикл восстановления. Последний бит в посылке, передаваемый с использованием моночастотного кода, всегда заканчивается "нулевым" уровнем напряжения. Его можно рассматривать как стоповый бит или как паузу между посылками, если ее значение не превышает один бит.

Изобретение относится к технике передачи информации. Его использование для передачи информации по проводным линиям связи позволяет получить технический результат в виде увеличения дальности передачи. Способ заключается в том, что кодируемый для передачи сигнал формируют из исходного двоичного кода в виде трехуровневого кода, имеющего два разнополярных и нулевой уровни напряжения, при этом нулевой уровень напряжения вводят в биты, передающие одно логическое значение. Технический результат достигается благодаря тому, что нулевой уровень напряжения вводят в биты, передающие логические нули, так что длительность соответствующих битовых интервалов увеличивается на одну треть по сравнению с битовыми интервалами, передающими логические единицы, при этом начальная фаза сигналов для битов обоих логических уровней остается неизменной и равной нулю. 9 ил.

Способ передачи информации с использованием одного канала передачи, заключающийся в том, что кодируемый для передачи сигнал формируют из исходного двоичного кода в виде трехуровневого кода, имеющего два разнополярных и нулевой уровни напряжения, при этом нулевой уровень напряжения вводят в биты, передающие одно логическое значение, отличающийся тем, что нулевой уровень напряжения вводят в биты, передающие логические нули, так что длительность соответствующих битовых интервалов увеличивается на одну треть по сравнению с битовыми интервалами, передающими логические единицы, при этом начальная фаза сигналов для битов обоих логических уровней остается неизменной и равной нулю.