Устройство передачи и приема сигналов с корреляционным кодированием Советский патент 1992 года по МПК H04B3/02 

Изобретение относится к проводной связи и предназначено для использования в цифровых системах связи по коаксиальному или световодному кабелю.

Известны устройства передачи и приема с корреляционным кодированием, содержащие на передающей стороне источник m-уровневого сигнала, блок предварительного кодирования сигнала с передаточной функцией Г П7ТшТ I mod m и формирователь импульсов передаваемого сигнала, соединенный с входом линии связи, а в приемной части регенеративных трансляторов и на приемной стороне усилитель, компенсирующий затухание линии, приемный фильтр с передаточной функцией НО о). соответствующей данному классу системы с корреляционным кодированием, и регенератор М-уровневого сигнала, выходы

которого являются выходами приемной части системы.

Устройства с корреляционным кодированием позволяют максимально использовать полосу частот тракта передачи и реализовать предельную скорость передачи за счет преобразования в канале связи т- уровневого передаваемого сигнала в М- уровневый сигнал на приеме, причем

M-On-N 2 I hi 1+1,(1)

1-0

где hi - целочисленные коэффициенты, определяющие вид передаточной функции (ПФ) корреляционного кодера или эквивалентного ему тракта передачи в системе с корреляционным кодированием

(2)

HQ ф 2 hiD1, Ю

где

,

vj

-N

00

to ел со

вый интервал Т.

оператор задержки на тактоДля того чтобы обеспечить однозначное соответствие между символами исходного m-уровневого сигнала и принимаемого М- уровневого сигнала, в передающей части системы с корреляционным кодированием производится предварительное преобразование (предкодирование) по модулю m устройством с передаточной функцией

ц (KB) Imod т, исх°Дного Ш ровневого

сигнала в другой т-уровизвый сигнал, который после формирования импульсов по амплитуде (длительности) передается в линию связи.

В тракте передачи, включающем в себя линию связи с амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ) W(u)) , усилитель регенеративного транслятора с АЧХ К(ш), обратной АЧХ линии, т.е.

W(o) К(о)1., . (3)

и приемный фильтр с АЧХ Н(о), равной модулю передаточной функции HQ со) корреляционного кодера соответствующего класса, передаваемый m-уровневый сигнал преобразуется в М-уровневый сигнал, символы которого однозначно соответствуют символам исходного сигнала.

При регенерации М-уровневого сигнала на объединенных выходах регенератора образуется регенерированный т-уровневый сигнал, который с точностью до ошибочно регенерированных символов соответствует исходному сигналу на передаче.

Регенерированный сигнал затем вновь подвергается предкодированию и формированию импульсов в передающей части регенеративного транслятора,которая по своей структуре аналогична рассмотренной выше.

Недостатками многоуровневых систем передачи с корреляционным кодированием является низкая точность регенерации из- за несбалансированности М-урбвнёвого сигнала и сложность системы из-за необходимости предкодирования регенерированного сигнала в каждом регенеративном трансляторе.

Известно также устройство передачи и приема с корреляционным кодированием 4- го класса, содержащее в передающей части шины входного двоичного сигнала и тактовой частоты, два Т-триггера и формирователь импульсов, последовательно соединенные между собой и с входом линии связи, а в приемной части - корректирующий усилитель, блок задержки и вычитания сигнала, соединенный непосредственно и через выделитель тактовой частоты (ВТЧ) с сигнальным и стробирующим входами решающего блока, выходы которого объединены и являются выходом приемной части устройства.

В таком устройстве & линию передается несбалансированный двоичный сигнал, которы и является результатом двукратного суммирования по мбдулю два на двух Т- триггерах с имволов исходного двоичного сигнала.

Тракт передачи, включающий в себя кабельную линию с АЧХ W(w), корректирующий усилитель с АЧХ К(ю) и блок задержки и вычитания сигнала с АЧХ П(ы) имеет в полоуг,

се частот 0- результирующую характеристику Н(а), равную модулю передаточной функции (2) корреляционного кодера 4-го класса (, , ), т.е. H(ffiH/V(ai) К(сы) R( 11-DVF2sln off

Л

a Y . (4)

В таком тракте несбалансированный

двоичный сигнал преобразуется в сбалансированный трехуровневый сигнал, в котором положительные и отрицательные импульсы соответствуют единицам, а пробелы - нулям исходного двоичного сигнала.

Сбалансированный трехуровневый сигнал подается на вход ВТЧ и на сигнальный вход решающего блока, на стробирующий вход которого подается напряжение тактовой частоты с выхода ВТЧ.

После регенерации символов трехуровневого сигнала с объединенных выходов ре- шающего блока снимается исходный двоичный сигнал, который затем снова подвергается двукратному суммированию по

модулю 2 в передающей части регенеративного транслятора.

Такое устройство с корреляционным кодированием предназначено только для передачи двоичного сигнала и не позволяет

обеспечить передачу по тракту (4) и минимальной полосой частот сбалансированных трехуровневых сигналов, используемых б качестве линейного сигнала в цифровых системах передачи по коаксиальному кабелю.

Это объясняется тем, что при передаче трехуровневого сигнала (с уровнями +А, О, -А) по тракту с корреляционным кодированием происходит, наряду с появлением дополнительных уровней, компенсация некоторых

положительных и отрицательных импульсов, т.е. появление ложных пробелов.

Так, например, в случае передачи трех- уроаневого сигнала по тракту (4), осуществляющему вычитание задержанного сигнала и незадержанного, происходит компенсация уровней при появлении в передаваемой трехуровневой последовательности одно- полярных импульсов, отстоящих друг от друга на 2 тактовых интервала.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство передачи и приема с дуобинарным кодированием, содержащее на передающей стороне Т-триггер и формирователь импульсов передаваемого сигнала, а на приемной стороне корректирующий усилитель, соединенный через формирующий фильтр и блок выделения тактовой частоты соответственно с сигнальным и стробирующим входами решающего блока, выходы которого подключены к входам формирователя импульсов. -„ - В таком устройстве в линию передается несбалансированный двоичный сигнал, который является результатом суммирования по модулю два на Т-триггере символов исходного двоичного сигнала.

Тракт передачи устройства-прототиг1а, включающий в Себя кабельную линию с АЧХ W(cy). корректирующий усилитель с АЧХ К(ш) и формирующий фильтр с АЧХ Ф(ш), имеет результирующую АЧХ H(cd), которая равна модулю передаточной функции (2) корреляционного кодера 1-го класса (, ). т.е.

H(uihW(ft) К(ЈУ) Ф (со) 11 D 2cos

- у Т

0)

п.

ft

ЈГ

Т

- В таком тракте передачи передаваемый несбалансированный двоичный сигнал преобразуется в.несбалансированный трехуровневый (дуобинарный) сигнал, в котором средний-уровень соответствует единицам, а крайние уровни - нуля-м исходного двоичного сигнала.

Трехуровневый сигнал подается на вход ВТЧ и на сигнальный вход решающего блока, на стробирующий вход которого подаеТ ся напряжение тактовой частоты с выхода ВТЧ, с объединенных выходов решающего блока снимается регенерированный двоичный сигнал, соответствующий исходному двоичному сигналу.

Недостатками прототипа являются низкая точность регенерации из-за несбалансированности трехуровневого сигнала на приеме и невозможность использования тракта системы (5) с минимальной полосой частот для передачи известных трехуровневых Л С, применяемых в системах передачи

по 1 оаксиальному кабелю. Более того, рпе рация суммирования символов по модулю 2,

т.е. предкодирование сигнала, исключает

возможность передачи даже сбалансиро5 ванных двухуровневых сигналов для повы- шения помехоустойчивости системы передачи.

Цель изобретения -увеличение помехоустойчивости при одновременном повыше10 нии пропускной способности.

Для достижения поставленной цели в устройство передачи и приема с корреляционным кодированием, содержащее на передающей стороне формирователь импульсов

15 передаваемого сигнала, а на приемной стороне корректирующий усилитель, сбединен- ный через формирующий фильтр и блок выделения тактовой частоты соответственно с сигнальным и стробирующим входами

20 решающего блока, выходы которого подключены к Ёходам формирователя импульсов, введены на передающей стороне преобразователь двоичного сигнала в сбалансированный N-уровневый линейный сиг25 нал,включенный на входе формирователя импульсов передаваемого сигнала, а на приемной стороне введены N-1 блоков задержки, N-1 коммутаторов пороговых уровней и преобразователь N-уровневого сигнала в

30 двоичный сигнал, включенный на выходе формирователя импульсов, причем выходы решающего блока подключены к входам соответствующих N-1 блоков задержки, выход каждого из которых соединен с входами

35 всех N-1 коммутаторов пороговых сигналов, выхо ды кот орых подключены к пороговым входам решающего блока, стробирующий сход которого объединен с синхронизирующим входом преобразователя М-уровневого

40 сигнала в двоичный,

Сущность изобретения заключается в следующем.

.1. На передающей стороне предложенной системы передачи осуществляется пре45 образование исходного двоичного сигнала в сбалансированный N-уровневый (, 3} сигнал, удобный для передачи по линии,- линейный:сигнал. В качестве линейного сигнала в предложенной системе могут быть

50 использованы не только специально сформированные, но и любые известные двухуровневые или трехуровневые сбалансированные сигналы, среди которых наибольший интерес представляют сбалан55 сировЗнные трехуровневые сигналы типа 4ВЗТ, позволяющие Обеспечить сокращение скорости передачи в линии или при неизменной скорости повысить пропускную способность системы передачи. Сбалансированный сигнал без предкодирования подается а формирователь импульсов, а затем в линию связи.

2.В тракте передачи (5), таком же как и в устройстве-прототипе, сбалансированный N-уровневый сигнал преобразуется (в соот- ветствии с (1) при и ) в (2М-1)-уров- невый сбалансированный сигнал, при регенерации которого обеспечивается более высокая точность по сравнению с точностью регенерации несбалансированного сигнала о устройстве-прототипе, т.е. достигается повышение помехоустойчивости предложенного устройства по сравнению с прототипом.

3.На приемной стороне осуществля- ется переключение порогового напряжения

на каждом из (N-1) пороговых входов реша- ющего блока в одно из N состояний в зависимости от значений регенерированных символов на (N-1) выходах решающего бло- ка в предыдущий момент стробирования.

При , те. при формировании на передающей стороне сбалансированного двухуровневого сигнала (с уровнями 1 и 0), с выхода тракта (5) ни сигнальный вход ре- тающего блока подается сбалансированный трехуровневый сигнал (с уровнями 0, 1 и 2). На пороговом входе решающего блока с помощью блока коммутации пороговых уровней и блока задержки устанавливается

пороговый уровень d - при нулевом значении предыдущего регенерированного символа (пробел) на выходе решающего блока или пороговый уровень 3d - при нали- чии на выходе решающего блока регенери- рованного импульса. В результате переключения пороговых уровней при регенерации символов трехуровневого сигнала на выходе решающего блока образуется сбалансированный двухуровневый сигнал. При , т.е. при формировании на передающей стороне трехуровневого сигнала (с уровнями 1, 0 и -1), с выхода тракта на сигнальные (прямой и инверсный) входы ре- шающего блока подается пятиуровневый сигнал (с уровнями 2,1,0, -1 и -2). На каждом из двух пороговых выходов решающего блока устанавливаются пороговые уровни d, 3d или -d в зависимости от вида комбинации символов на обоих выходах решающего блока (00, 10 или ОТ), причем при наличии регенерированного импульса 1 устанавли1- вается пороговый уровень 3d для регенерации положительных импульсов двойной амплитуды и пороговый уровень-d для регенерации ложных пробелов в 5-уровневом сигнале по инверсному входу, и наоборот при наличии регенерированного импульса 1 на другом выходе решающего блока устанавливаются пороговый уровень 3d для регенерации отрицательных импульсов двойной амплитуды по инверсному входу и пороговый уровень -d для регенерации ложных пробелов по прямому входу решающего блока.

В результате коммутации пороговых уровней при регенерации символов 5-уров- невого сигнала на выходах решающего блока восстанавливаются импульсы, которые образуют затем на выходе формирователя импульсов трехуровневый сигнал. Передача сбалансированного трехуровневого сигнала типа 4ВЗТ в Системе с корреляционным кодированием позволяет наряду с повышением помехоустойчивости увеличить пропускную способность предложенного устройства передачи по сравнению с прототипом.

На фиг. 1 представлена функциональная схема системыпередачи с корреляционным кодированием; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие ее работу.

На фиг. 2 обозначены: t - текущее время; Т - тактовый интервал; to-te - момент стробирования.

На передающей стороне шина 1 двоичного сигнала и шина 2 тактовой частоты подключены к входам преобразователя 3 двоичного сигнала в сбалансированный N- уровневый (,3) сигнал, выходы которого соединены с входами-формирователя 4 импульсов передаваемого сигнала. Выход формирователя 4 соединен с входом линии 5 связи.

На приемной стороне выход линии 5 связи соединен с входом корректирующего усилителя 6. выход которого подключен к входам формирующего фильтра 7 и блока 8 выделения тактовой частоты (ВТЧ).

Выход формирующего фильтра 7 соединен с сигнальными прямым и инверсным входами решающего блока 9, к стробирующему входу которого подключен выход блока 8 выделения тактовой частоты.

Выходы решающего блока 9 соединены с входами формирователя 10 импульсов, и с входам N-1 блоков 11 задержки.

Выход каждого блока 11 задержки соединен с входами N-1 коммутаторов 12 пороговых уровней, выходы которых подключены к соответствующим пороговым входам решающего блока 9.

Выход формирователя 10 импульсов подключен к входу обратного преобразователя 13 N-уровневого сигнала в двоичный сигнал, выход которого является выходом устройства.

Устройство передачи и приема с корреляционным кодированием работает следующим образом.

Исходный двоичный сигнал (фиг. 2а) и напряжение тактовой частоты (фиг. 26) с шин 1 и 2 подаются на соответствующие входы преобразователя 3 двоичного сигнала в сбалансированный N-уровневый (, 3) сигнал.

При , например, с выхода преобразователя 3 снимаются две последовательности положительных и отрицательных импульсов, которые подаются на входы формирователя 4 импульсов.

Для описания работы системы передачи целесообразно рассмотреть простейший из сбалансированных 3-уровневых сигналов - сигнал с чередованием полярности импульсов (ЧПИ).

В этом случае с выхода формирователя 4 импульсов в кабельную линию 5 передается сбалансированный 3-уровневый ЧПИ сигнал (фиг. 2в), в котором положительные и отрицательные импульсы соответствуют единицам, а пробелы - нулям исходного двоичного сигнала.

На приемной стороне с помощью корректирующего усилителя б регенеративного транслятора осуществляется усиление и коррекция формы принятого сигнала. С выхода корректирующего усилителя б сигнал подается на входы формирующего фильтра 7 и блока 8 ВТЧ. С выхода блока ВТЧ напряжение тактовой частоты (фиг. 2г) подается на стробирующий вход решающего блока 9,

С выхода формирующего фильтра 7, обеспечивающего формирование результирующей АЧХ тракта передачи, равной модулю передаточной функции корреляционного кодера 1 класса (5). снимается в общем случае 5-уровневый сигнал согласно формуле (1). Однако в рассматриваемом случае, т.е. при передаче по тракту простейшего ЧПИ сигнала, не имеющего на соседних тактовых интервалах импульсов одной полярности, в сигнале (фиг. 2д), поступающем с выхода формирующего фильтра 7 на сигнальные входы решающего блока 9, отсутствуют уровни +2 и -2.

В решающем блоке 9 5-уровневые (или в данном случае 3-уровнееые) последовательности импульсов, передаваемые по прямому и инверсному сигнальным входам, сравниваются в моменты стробирования со значениями пороговых уровней на соответствующих пороговых входах решающего блока 9. Так, символы синфазной последовательности (фиг. 2д или обозначенные пунктирной линией на фиг. 2е) регенерируются в соответствии со значениями порогового

уровня (фиг. 2е) на первом пороговом входе, функционально связанном с прямым сигнальным входом решающего блока 9, а символы противофазной последовательности

(показаны пунктирной линией на фиг. 2ж) регенерируются в соответствии со значениями порогового уровня (фиг. 2ж) на втором пороговом входе, функционально связанном с инверсным сигнальным входом.

0 Коммутация пороговых уровней на первом и втором пороговых входах осуществляется с помощью блоков 11 задержки и коммутаторов 12 порогов уровней а зависимости от вида регенерированных символов

5 (фиг. 2з. и) на двух выходах решающего блока. Например, в момент стробирования to уровни сигнала в синфазной и противофазной последовательности не превышают пороговых уровней (фиг 2е, ж) и на обоих

0 выходах решающего блока 9 регенерируются символы 0 и 0. Такая комбинация регенерированных символов(00) обеспечивает на 1-м и 2-м пороговых входах пороговые уровни, равные d (фиг. 2е, ж), которые сравнива5 ются в следующем тактовом интервале с уровнями сигнала в синфазной и противофазной З-уровн вых последовательностях (обозначены нч фиг. 2е, ж пунктирными линиями). В момент стробирования ti на пер0 вом выходе решающего блока 9 регенерируется символ 1 (фиг. 2з), а на втором выходе - символ 0 (фиг. 2и). Регенерированные символь, 1 и 0 задерживаются на Т/2 в блоках задержки 11 и подаются на

5 соответствующие входы каждого из двух коммутаторов 12 пороговых уровней.

При комбинации регенерированных символов вида 10 на выходе коммутатора, соединенного с 1-м пороговым входом ре0 шающего блока 9, устанавливается пороговый уровень, равный 3d (фиг. 2е), а на выходе аналогичного блока коммутации, соединенного с вторым пороговым Входом - пороговый уровень, равный -d (фиг. 2ж). В

5 момент стробирования ta пороговые уровни

3dn-d превышаютгоответствующие уровни

сигнала, поэтому на выходах решающего

блока снова регенерируются символы 0 и 0.

Следует отметить, что в общем случае

0 регенерации 5-урсвневсго сигнала, установление порогового уровня 3d на том или ином пороговом входе обеспечивает регенерацию символов 1 или 1 только при регенерируемом сигнале уровней 2 или -2.

5 При комбинации символов вида 00 с временной задержкой Т/2 на первом и втором пороговых входах снова устанавливаются пороговые уровни, равные d, при сравнении которых с уровнями сигнала в момент стробирования t3 на первом выходе

11

1748258

12

Сущность изобретения: устройство содержит на передающей стороне преобразователь 3 двоичного сигнала в сбалансированный N-уровне вый сигнал, имеющий входы 1 и 2, формирователь импульсов передаваемого сигнала 4, канал связи 5, а на приемной стороне - корректирующий усилитель 6, формирующий фильтр 7, блок выделения тактовой частоты 8, решающий блок 9. формирователь импульсов 10. (N-1) блоков задержки 11, (N-1) коммутаторов пороговых сигналов 12, преобразователь двоичного сигнала в сбалансированный N-уровневый сигнал. 1-3-4- 5-6-7-9-10-13, 2-3, 6-8-9, 9-11-12-9. 2 ил.

решающего блока регенерируется символ О, а на втором выходе - символ Т, т.е. единица, соответствующая отрицательному импульсу регенерированного сигнала.

При комбинации символов ОТ на первом пороговом входе решающего блока устанавливается пороговый уровень -d, а на втором - пороговый уровень 3d. В момент строби рования м пороговые уровни -d и 3d превышают соответствующие уровни сигнала, поэтому на выходах решающего блока регенерируются символы 0 и 0, а на пороговых входах после задержки устанавливаются пороговые уровни, равные d.

При появлении в следующем тактовом интервале положительного импульса сигнала (фиг. 2д) в момент стробирования ts на выходах решающего блока снова регенерируются символы 1 и 0, а1 на первом и втором пороговых входах после задержки устанав- /гиваются пороговые уровни, равные соответственно 3d и -d,

В следующем тактовом интервале сигнал (фиг. 2д) содержит ложный пробел, полученный в результате суммирования в тракте передачи, в данном случае, положительного импульса задержанной 3-уровне- вой последовательности и отрицательного импульса незадержанный 3-уровневой последовательности. В момент стробирова- кия fe уровень сигнала не превышает пороговый уровень 3d на первом пороговом входе (фиг. 2е), но превышает пороговый уровень -d на втором пороговом входе (фиг. 2ж), поэтому на выходах решающего блока регенерируются символы 0 и Т, т.е. вместо ложного пробела восстанавливается отрицательный импульс в регенерированном сигнале. Процесс переключения пороговых уровней и регенерации символов сигнала в последующие моменты стробирования производится аналогично. . Регенерированные импульсы .с выходов решающего блока 9 (фиг. 2з, и) подаются, кроме блоков задержки 11, также на входы формирователя Ю импульсов, с выхода которого снимается регенерированный 3-уровневый сигнал (фиг. 2к), соответствующий с точностью до ошибочно регенерированных символов передаваемо- му 3-уровневому сигналу (фиг. 2в).

Регенерированный N-уровневый сигнал, переданный в таком виде по всем реге- нерационным участкам, на приемном конце линии подается на вход обратного преобразователя N-уровневого сигнала в двоичный сигнал 13 (фиг. 1).

Таким образом, предложенное устройство передачи и приема с корреляционным кодированием по сравнению с прототипом обеспечивает повышение помехоустойчивости и пропускной способности благодаря формированию сбалансированного линейного сигнала, сокращению полосы пропускания частот тракта системы и снижению скорости передачи в линии (линейной скорости) при передаче многоуровневых линейных сигналов с малой избыточностью, например, 3-уровневьгхсигналов типа 4ВЗТ.

Формула изобретен-ия

Устройство передачи и приема сигналов с корреляционным кодированием, содержащее на передающей стороне формирователь импульсов передаваемого сигнала, а на приемной стороне - корректирующий усилитель, соединенный через формирующий фильтр и блок выделения тактовой частоты соответственно с сигнальным и стробиру- ющим входами решающего блока, выходы которого подключены к входам формирователя импульсов, отличающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости и увеличений пропускной способности, на передающей стороне введен преобразователь двоичного сигнала в сбалансированной N-урбвневый сигнал (где , 3). включенный на входе формирователя импульсов передаваемого сигнала, а на приемной стороне введены N-1 блоков задержки, N-1 коммутаторов пороговых сигналов и преобразователь N-уровневого сигнала в двоичный, включенный на выходе формирователя импульсов, причем выходы решающего блока, подключены к входам соответствующих N-1 блоков задержки, выход каждого из которых соединен с входами всех N-1 коммутаторов пороговых сигналов, выходы которых подключены к пороговым входам решающего блока, стробирующий вход которого объединен с синхронизирующим входом преобразователя N-уровневого сигнала в двоичный.

PeteMЈp0 w& v m/tffHr/tjwtop | фие.1