Устройство для кодирования и декодирования сигналов в системах передачи цифровых данных Советский патент 1983 года по МПК H04L3/02 

I10 Изобретение отнсхзится к. технике связи и переаачи аанных и может быть иопользовано в системах цифровой связи, телеметрии, телевиаения и фототелеграфии, а также в аппаратуре хранения цифровых паяных. Известно устройство аля передачи цифровых сигналов, содержащее элемент памяти и схему сравнения на приемной стороне Cl . Однако известное устройство не обладает низкой достоверностью. Наиболее близким техническим решени ем к предлагаемому является устройство для кодирования и декодирования сигналов в системах, передачи цифровых данных, содержащее на передающей стороне хронизатор и кодер, а на приемной стороне формирователь импульсов, формирователь тактовых импульсов и декодер 2j . Однако известное устройство обладает низкой достоверностью. Цель изобретения - повышение достоверности. С этой целью устройство кодирования и декодирования сигналов в системах передачи цифровых данных, содержащее на передающей стороне хронизатор и кодер, а на приемной стороне формирователь импульсов, формирователь тактовых импульссж и декодер, на передающей стороне введены последовательно соединенные входной регистр и блок сравнения посылок, выход которого подключен к входу кодера, вьтолненного в виде после довательно соединенных блока запрета, блока задержки и формирователя импульсов, к второму входу которого и первому входу блока анализа выходных сипналов подключен второй выход блока запрета, первый вход которого является вхо дом кодера, а к второму входу блока запрета подключен выход блока анализа выходных сигналов, к вторюму входу которого подключен первый выход блока запрета, при этом вход входного регистра является входом устройства,а на придмной стороне введен блок определенного временного положения импульсов, к вхо- ду которого подключен выход формирова- теля импульсов, а выход блока опрецелекия временного положения импульсов под жлючен к входу декодера, вьтолненного в виде последовательно соединенных блока задержки.анапизатора структурныхпризна.ков сигналов и блока вывода информации, к 59 второму входу которого подключен выход генератора пачки импульсов, к входу которого подключен второй выход анализатора структурных признаков сигналов, при этом вход блока задержки является входом декодера. На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема передакхцей стороны устройства для кодирования и декодирования сигналов в системах передачи цифровых данных; на фиг. 2 - то же, приемная часть; на фиг. 3 - функциональная схема блока срв.внения посылок; на фиг. 4 схема блока запрета; на фиг. 5 - схема блока задержки; на фиг. 6 - схема блока анализа выходных сигналов; на фиг. 7 схема блока определения временного по ложения импульсов; на фиг. 8 - схема блока задержки; на фиг. 9 .- схема анализатора структурных признаков сигналов; на фиг. 10 - первый юриант функциональной схемы формирователя тактовых -сигналов; на фиг, 11 - структурная схема блока символьной синхронизации; на фиг. 12 .- структурная схема блока групповой синхронизации; на фиг. 13 второй вариант структурной схемы фо1 мирователя тактовых сигналов; на фиг. 14 - временные диаграммы, поясняющие п(:юцессы кодирования сигналов; на фиг. 15 - временные диаграммы, поясняющие процессы декодирования сигналов. I / Устройство для кодирования и декодирования сигналов в системах цифровых данных содержит на передающей стороне входной регистр 1, блок 2 сравнения посылок, код(р 3, содержащий блок 4 запрета, блок 5 задержки, формирователь 6 импульсов, блок 7 анализа выходных сигналов, хронизатор 8, на приемной стороне формирователь 9 импульсов, блок 10 определения временного положения, декодер 11, содержащий блок 12 задержки, анализ 1тор 13 структурных признаJKOB, блок 14 вывода информации, генератор 15 пачки импульсов, формирователь 16 TfliKTOBbix импульсов; блок 2 сравнения посылок содержит элемен, и 17, элемент 18 памяти; кроме того в кодере 3 блок 4 запрета соде| жйт элементы 19 запрета; блок 5 за- держки содержит элементы 20 задержки; блок 7 анадиза выходных сигналов содержит элемент ИЛИ 21, элементы 22 и 23 задержки, дополнительный элемент ИЛИ 24; блок 10 определения временного положения содержит элементы И 25; в декоцере 11 блок 12 задернски содержит элементы 26 задержки; анализатор 13 структурных признаков содержит элемент ИЛИ 27, элементы 28 задержки, элементы ИЛИ 29, триггеры 30, элемент 31 задержки, счетчик 32; формирователь 16 тактовых импульсов (первый вариант) содержит блок 33 символьной синхронизации, блок 34 групповой синкронизации.блок 35 ; формирования последовательности выходных импульсов; блок 33 символьной синхронизации содержит дифференцирующую цепь 36, одновибратор 37, дискриминатор 38, фильтр 39, следящий генератор 4О, блок 41 формирования выходных импульсов; блок 34 групповой синхронизации содержит опознаватель 42 синхрогруппы, состоящий из регистра 43 сдвига, дешифратора 44, анализатор 45, делитель 46, решающий блок 47, блок 48 фазирования, дополнительный анализатор 49, блок 5О обнаружения отсутствия синхронизма, триггер 51, делител распределитель 52; формирователь 16 тактовых импульсов (второй вариант) со держит блок 53 выделения синхросигна- .лов, управляемый генератор 54, дискриминатор 55, управляющий элемент 56, блок 57 формирования выходных импуль- сов, Устройство для кодирования и декодирования сигналов в системах передачи цифровых данных работает следующим образом. На вход второго регистра 1 передающей стороны поступает последовательнос двоичных сигналов длительностью (фиг. 14 ). Значения очередных трех сим волов входной последовательности поступа ют в блок 2 сравнения посылок, где они сравниваются с программными значениями символов вида 111, 1О1, О1О, 000, задаваемых в регистрах элемента 18 памяти. Если текущие значения символов входной последовательности совпадают с одной из программных комбинаций,на выходе элементов И 17 фор мируются единичные сигналы длительностью (фиг. 14б). Эти сигналы по раз дельным цепям поступают на соответствующие информационные входы элементов 19 запрета блока 4 запрета, на управляющие входы которого поступают управляющие сигналы длительностью 2То с выхода блока 7 анализа вькодных сигналов (фиг. 14-6). Такие сигналы фо1 мируются из выходных сигналов блока 4 запрета путем их расширения по длительности до 2 Тй с помощью элементов ИЛИ 21, элементов 22 и 23 задерокки на TO и дополнительного элемента ИЛИ 24. Сформированные управляющие сигналы исключают прохождение через элементы запрета 19 блока 4 запрета каких-либо сигналов на интервале ЗТ, если в блоке 2 сравнения посылок фиксируется совпадение текущих символов с одной из программных комбинаций. Это эквивалентно переходу к анализу очередных трех символов входной последовательности двоичных сигналов, отстоящих от текущих на интервал ЗТ. Если такое совпадение не фиксируется, осуществляется переход к анализу очередных трех символов входной последовательности, отстоящих от текущих на интервал . Выходные сигналы блока 4 запрета по соотвртсгпующим цепям, поступают на кход формирователя 6 импульсов непосредственно или предварительно задерживаются в блоке 5 задержки (фиг. 14). Так, если в блоке 2 сравнения посылок фиксируется комбинация символов 111, выходные сигналы блока 4 запрета поступают на вход формирователя 6 импульсов без задержки. Для входной комбинации символов 1О1 в блоке 5 задержки с помощью первого элемента 20 задержки установлена задержка 0,257,,, для комбинации символов 010 с помощью второго элемента 20 задержки установлена задержка 0,501:0, и для комбинации символов ООО с помощью третьего элемента 20 задержки обеспечивается за- держка 0,75. Формирователь 6 импульсов формирует последовательность (двоичных вьосодов сигналов, минимальная длительность импульсов которой равна тТо (фиг. 146), а фронты (битовые переходы) посылок зафиксированы относительно цискретнььх моментов времени входных сигналов с длительностью с задержкой на время О, 0,25, 0, , 0,75ьо в зависимости от структуры входных сигналов (111, 101, 010, 000). Остальные кодовые комбинации (1000, 001, НО, 011) при передаче не кодирук-тся, а при приеме однозначно восстанавливаются. Синхронизация блока 5 задержки и , блока 7 анализа выходньк сигналов осуществляется сигналами хронизатора 8. Восстановление исходной последова- . тельноети двоичных сигналов по принятой последовательности осуществляется одноэнаою с помошью устройства цекоанро вания, поскольку временное положение посылок на интервале Т7, жестко фиксиру ется относительно кодируемых комбинаций символов 111, 1О1, 010, ООО с запержкой равной О; 0,25 0,50 Т,, и 0,75TO. Устройство декодирования работает слеаукшим образом. На вход формирователя 9 импульсов поступает последовательность входных сигналов (фиг. 15а), с выхода которого сигналы одновременно подаются на инфо{ мационные входы элементов И 25 бло ка 10 определения временного положени импульсов. На управляющие входы тов И 25 из формирователя 16 тактовых импульсов раздельно с относительной апдсржкой О; О, О,5О ТГ и-0,75Т подается последовательность управляющих импульсов. Временное положение входных импуль сов определяется по моментам переход(ж сигаалов от нулевого (единичного) уровня к единичному (нулевому) уровню (фиг. 15б) и соответствует определенной структуре исходной последовательности кодируемых символов 111, 1О1, 01О, ООО. еигналы с выхода блока 10 определения временного положения импульсов выдаются по раздельным цепям в зависимости от момента времени, в который происходит совпадение входных ситалов с управляющими импульсами. Так (фиг. 156), если входные сигналы поступили без задержки (t) относительно начала исходных импульсов, следующих с частотх й io l/lTc, , то выходные импульсы с первого выхода блока 1 определения временного положения им- пульсов поступают на первый вход бло ка 12 задержки, где задерживаются с помощью первого элемента задержки 26 на время 1Го. Входные: сигналы, поступившие с задержкой ,252/ .выдаются с второго выхода блока 10 определения временного положения импульсов и поступают на второй вход блока 10, где с помошью второго элемента задержки 26 задерживаются на время О,75ТГо Входные сишалы, поступивщие с задержкой СЮ,50То , выдаются с третьего выхода блока 10 определения временног попожниия; импульсов и поступают на третий вход блока 12 задержки, где с помошью третьего элемента задержки 26 задерживаются на время 0,50Тр. Входнью сигналы, поступившие с задервккой ,, выдаются с четвертого выхода блока 10 определения временного положения импульсов и поступают на четвертый вход блока 12 задержки, где с помощью четвертого элемента запержки 26 задерживаются на время 0,. Таким образом,, блок 10 определения временного положения импульсов выполняет роль временного селектора. Импульсы с выхода блока 12 задержки по раздельным цепям поступают на элемент ИЛИ 27 и на элементы задержки 28 на время : анализатора 13 структурных признаков. Задержка T необходима для нормальной работы устройства. Импульсы с выходов элементов заде рокки 28 подаются на элементы ИЛИ 29, устанавливают триггеры 30 В единичное состояние (111). Импульсы с второго элемента задержки 28 через перзвый, четвертый и пятый элементы ИЛИ 29 устанавливают триггеры 30 соответственно в единичное, нулевое и единичное состояние (1О1). Импульсы с третьего элемента задержки 28 через второй, третий и шестой элементы ИЛИ 29 устанавливают триггеры 30 соответственно в нулевое, единичное и нулевое состояние (О1О). Импульсы с Быкода четвертого элемента задержки 28 через второй, четвертый и шестой элементы ИЛИ 29 устанавливают все триггеры 30 в нулевое состожмие (ООО). Импульсы с . триггеров 30 поступают на вход блока 14 вывода информации. Импул1зсы с элемента ИЛИ 2 7 служат для генератора 15 пачки импульсов сигналом для считывания информации со счетчика 32 и выдачи в блок 14 вывода информации пачки импульсов элемента ИЛИ 27. Импульсы через элемент задержки 31 наТз2., который обеспечивает нормальную работу устройства, поступают также на счетчик 32, сбрасьшая его в нулевое с х;тояние, после чего счетчик 32 вновь начинает подсчет тактовых импульсов, поступакмдих с формирователя 16 тактовых импульсов, число которых совпадает с числом посылок на текущем интервале всюстановления. Восстановление значений посылок 001, 011, 1ОО и 110 текущего интервала декоаиров 1ния осуществляется по следук щему правилу. Если три последние посылки имеют вид то (ООО), то двум предшествующим посылкам присваиваются значения, инверсные значению последней посылки 710 интервала цекоцирования.. Слецующей паре посылок присваиваются значения, инвероные значениям предыдущей пары и т.п. Восстановленный сигнал имеет виа последовательности ... О01100111 (...11О011ООО). Если три последние посылки интервала имеют виц 101 (О10) то посылке, предсшествуюшей этой комбинации, присваивается значение, равное значению последней посылки интервала. Следующей паре посылок, присваиваются значения, инверсные значению прецьщущей посылки, и т.д. При этом восстановительный сигнал на интервале декодирования имеет вид последовательности ...0011001101 (...1100110010) (фиг. 15 г). Прямые и инверсные значения указанных посылок хранятся в регистрах памяти генератора 15 пачки импульсов и в зависимости от значений, выделенньЕх; в анализаторе 13 структурных признаков сигналов, переписываются в блок 14 вьшода информации. Восстановление тактовых импульсов и привязку (фазирование) импульсов последователы остей осуществляет формирователь 16 тактовых импульсов. Структура формирователя 16 тактовых импульсов определяется назначением устройства для кодирования и декодирования и способом передачи синхросигналов в целом и системе, куда предлагаемое устройство входит составной частью. Эта задача может быть рещена двумя путями, Во-первых, путем передачи и последукяцего восстановления исходной символьной частоты , относительно которой может быть сформирована последовательность импульсов, отстоящих от тактовых точек импульсов частоты г о на-интервалы времени ТГЮ; 0,25170; 0,5То ; 0,75Т. Во-вторых, nyTeN; восстановления символьной частоты i х, „л с фазировкой тактовьгх точек этой часто „.. ты к тактовым точкам частоты to. что необходимо для фиксации начала отсчета последовательности импульсов, имеющих задержку-Г О; 0, О,5Го; 0,70Го. Существует несколько технических возможностей для передачи и восстановления символьной частоты i Q или t на приемной стороне, в зависимости от которых организуется управление формирователем 16 тактовых импульсов с получением на его выходе требуемых синхросигналов. Передача синхросигналов может быть осуществлена по отдель е 59 ному каналу синхронизации или для этих целей используется общий информационный канал системы. В цифровой системе с общим информацисиным каналом передача синхросигналов может осуществляться в отдельном временном потоке или в общем потоке одновременно с передачей информации. При этом возможны два варианта передачи и восстановления cинxpocигнaлoвi и соответственно два варианта структуры формирователя 16 тактовых импульсов. Первый вариант восстановления синхросигналов основан на вьщелении из принятых цифровьк сигналов символьной частоты f о 4 о . Для временной привязки последовательности выходных импульсов к фазе сигналов частоты t в цифровой системе в специально отведенных вре- менных интервалах периодически должны передаваться сигналы определенной структуры, выполнякмцие роль сигналов групповой синхронизации. В качестве таких сигналов должны быть выбраны сигналы известной структуры, представляющие собой строго периодические последовательности сигналов типа 111.111... или комбинацию сягншов 111, 101, 010, ООО. Наиболее целесообразным для этих целей являются исходные сигналы ти- . па 111.111... или комбинации, этих сигналов с цифровым сигналами других типов, перекодирование которых приводит к требуемой последовательности импульсов, которая содержит исходную частоту loi а ее фаза соответствует нулю (Т-0) по отношению к импульсам частоты to. Этот вариант восстановления синхроимпульсов соответствует известным в литературе системам с временным разделением сигналов, Б которых для восста-. новлення переданных сигналов, кроме сим- вольной синхронизации, требуется груп t jм повая синхронизация, обеспечивакнцая фиксацию момента времени начала отсчета отрезков последовательностей импульсов определенного временного интервала, в д анном случае с частотой следования ЬоСтруктура формирователя 16 тактовых импульсов в случае содержит последовательно включенные блок 33 символьной синхронизации и блок 34 групповой С1шхронизации, сигналы которых управляют блоком формирования последовательности вьпсодных импульсов для формирова-. ния последовательности выходных импульсов с требуемой временной задериккой. С помощью блока 33 символьной синхро низации обеспечивается формирование им пульсов символьной синхронизации с частотой ip. В процессе формирования импульсов символьной синхронизации обеспечивается дифференцирование сигналов, поступающих на вхоа аппаратуры аокоаирования, к которому поцключен вхоа формирователя 16 тактовых импуль сов, и хороткими импульсами, соответ ствуюшими моментам изменения знака виаеосигнала, запускается оомовибратор 37 прямоугольных импульсов с длительностью . Полученная послеаовательность импульсов одного зн ка содержит в составе спектра составля щую символьной частоты о 1/4То , которая выделяется фильтром 39, Сигнало этой частоты осуществляется подстройка следящего генератора 4О, с выхода которого снимаются синхросигналы частоты f (j, которые поступают на блок 41 формирования выходнь1х импульсов и используются для синхронизации блока 3 групповой синхронизации и блока 35 формирования последовательности выходных импульсов. Блок 34 групповой синхронизации формирует сигналы групповой синхронизации. На его вход поступают входной информационный сигнал, в составе которого периодически передается синхросигнал групповой синхронизации извесч ной структуры. По принципу действия блок 34 групповой синхронизации обеспечивает поиск и выделение во входном сигнале сосредоточенной периодической синхрюгруппы методом скользящего поиска. Поступающие на вход аппаратуры декодирования сигналы подаются на вход регистра 43 сдвига опознавателя 42 синхрогруппы, где они последовательно сдвигаются импульсами символьной синхронизации с выхода блока 33 символьной синхронизации. Дешифратор 44 опознавателя 4 синхрогруппы настроен на структуру синхрогруппы, содержащую известное число нулевых и единичных символов. Причем каждый нулевой и единичный импульс в структуре входного видеосигнала отображается определенным числом символе. При совпадении структуры сим волов в регистре 43 со структурой сим волов в дешифраторе с выхода опоэнава- теля 42 синхрогруппы на анализатор 45 поступает сигнал. В анализаторе 45 србшниваются сигналы опознавателя 42 синхрогр5ппы и цикл овью импульсы, поступающие с делителя 46 в моменты, когда должен быть принят групповой синхросигаал. Анализатор 45 имеет два выхода: на первом формируется импульс в случае совпадения сигнала опознавателя 42 синхрогруппы и циклового импульса, на втором выходе формируется импульс в случае отсутствия сигнала с опознавателя 42 синхрогруппы в момент поступления циклового импульса, Решакхций блок 47 на основе импульсов с выхода анализатора 45 определяет наличие синхронизма по циклам и соответственно разрешает или запрещает упра. ленйе делителя 46 импульсами с выхода анализатора 45 и формирование выходного импульса групповой синхронизации. Таким образом, блок 34 групповой синхронизации работает в режиме синхронизма по циклам либо в режиме поиска. Наличие допо1шительного анализатора 49, блока обнаружения отсутствия синхронизма и триггера 51 повыщает быстродействие работы блока 34 групповой синхронизации за счет параллельного анализа отсутствия синхронизма и скользящего поиска синхрогруппы, однако не является обяз.зтельным. Сформированные в блоке импульсы групповой синхрсни.зации совпадают по фазе с частотой fp и вместе с синхроимпульсами частоты обеспечивают получение последовательности импульсов, отстоящих на заданные интервалы времени, которые используют для управления элементами И 25 в блоке 1О определения временного положения импульсов и в других блоках аппаратуры декодироышия. Второй вариант основан на передаче синхросигналов в начале сеанса связи перед перэдачей информации. В качестве сккх.росктйпов целесообразно использовать импульсные последовательности постоянной структуры типа 111,111, ,,., в процессе кодирования и декодирования которых, формируются последовательности с длительностью импульсов и периодом повторения ЗТс, С помошью этой последова гельности осуществляется фазирование управляемого высокостабильного генератора синхронизации приемной аппаратуры в течение всего сеанса связи. На основе сигналов генератора обеспечивается получение последовательности импульсов с требуемой временной задержкой для р 1боты элементов И 25 блока 10 определения временного положения

импульсов и аругих блоков аппаратуры цекоаирования. Возможен случай, когда синхроинформация передается как в начале сеанса связи, так и во время передачи информации в специально отве- денные интервалы времени. В этом случае обеспечивается контроль наличия и поддержание синхронизма в системе. Структура дополнительных синхросигналов остается прежней. При этом могут быть снижены требования к стабильности генератора синхросигналов приемной аппаратуры, что упрощает тракт синхронизации всей системы.

В этом варианте синхронизации вход формирователя 16 тактовых импульсов подключается к выходу канала связи параллельно входу формирователя 9 импульсов, а структура формирователя 16 тактовых импульсов соответствует струк туре известных в литературе устройств инерционной синхронизации.

С помощью блока 53 выделения синхсигналов обеспечивается выделение синхросигналов, которые осуществляют подстройку управляемого генератора 54 на частоте ±о с точностью ао фазы. В блоке 57 формирования выходных импульсов осуществляется формирование последовательности выходных импульсов с требуемой временной задержкой.

В цифровой системе с отдельным канлом синхронизации приемная часть канала синхронизации содержит последователно включенные приемник синхросигналов и блок цля формирования последовательности импульсов с требуемой задержкой

Вход формирователя 16 тактовых импульсов в этом случае подключен к отдельно му входу аппаратуры декодирования.

В этом случае по синхроканалу целесообразно передавать сигаалы частоты о , из которой формируется последовательность выходных импульсов.

Рассмотренные варианты передачи синхроинформации, основанньв на использовании отдельного синхроканала или со мешенного синхроканала с передачей синхроканалов в начале сеанса связи или извлечении синхросигналов из передаваемого по общему каналу групповому сиг налу, следует считать допустимыми и правомерными, поскольку предлагаемое устройство для кодирования и декодирования входит составной частью в цифровую систему, которая может относиться к высокоинформативным системам связи и передачи данных, а также к аппаратуре хранения цифровых данных, которые отличаются больщим разнообразием тракта синхронизации.

Таким образом, устройство дяя кодирования и декодирования сигналов обеопечнвает минимальную длительность выходных цифровых сигналов до 2,25 Т. Указанный эффект достигается в случае, если в пределах посылки исходной последовательности выделяется четыре дополнительных позиции для размещения фронта посылок выходной последовательности. Увеличение числа разрещенных временных позиций, например до восьми, обео печивает увеличение достигаемого эффекта.

ТЛ

26

I

26

ими

IT

3

.

фиг.9

33

35

УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОДИ$ ОВАНИЯ И ДЕКОДИРОВАНИЯ СИГНАЛСе в СИСТЕМАХ ПЕРЕДАЧИ ЦИФРОВЫХ ДАННЫХ, содержащее на передакущей стороне хронизатор и кодер, а на приемной стороне формирователь импульсов, формирователь тактовых импульсов и декодер, отличающееся тем, что, с целью повьпиения достоверности, на передающей стороне введены последовательно соед1шенные входной регистр и блок сравнения посылок, выход которого подключен к входу кодера, выполненного в виде последовательно соединенных блока запрета, блока . задержки и формирователя импульсов, к второму входу которого и первому входу блока анализа выходных сигналов подключен второй выход блока запрета, первый вход которого является входом кодера, а к второму входу блока запрета подключен выход блока анализа выходных сигналов, к второму входу которого подключен первый выход блока запрета, при этом вход входного гистра является входом устройства, а на прием- ной стороне введен блок определения временного положения импульсов, к входу которого подключен выход формироватеi ля импульсов, а выход блока определения временного положения импульсоб поцклю- (П чен к входу декодера, выполненного в . виде последовательно соединенных блока задержки, анализатора структурных признаков сигналов и блока вывоаа информации, к второму входу которого подключен выход генератора пачки импульсов, к О входу которого подключен второй выход 42 Х анализатора структурных признаков сиг налов, при этом вход блока задержки яв:о од ляется входом декодера. i «;о

Фиг. 10

Фиг. //

иг //

55

53

5S

S7

Фиг. 13

||||| иГГГП ГП.П7Пл.1 /. /. л f nffff}orf fmf,t.e J7nfT7 fi . itll,l.t /П7f}ffmf fП f fftmJ t.f fШffГ fШf f,fГf7ЛfTn f

./..|77|.,р77....

д

.Illllllltlllllilllill tilllttlllMtltit г П i ti I I П I I t i I I I till

|Пм.7

I IHIIIIIIni II 111

111 III I

Д11111 и 111 I 111 1 и I n n 1

I n 11 TI

I I

II

11i 11-

..7}.ГП.П

11111111

- EL

II.

II I

II 111 ii I tl I I I in n

f.f3Tf Фиг. /