Способ передачи-приема информации и устройство для его осуществления Советский патент 1992 года по МПК H04B14/00 

Изобретение относится к области электросвязи и может использоваться в системах цифровой информации и в системах магнитной или оптической записи.

Известен способ передачи двоичной информации, обеспечивающий увеличение плотности записи на носитель или эффективности передачи информации до 1,5 бит на минимальный интервал длительности импульса (3 бита/с на Гц), заключающийся в том, что группы из 3 б/т входной информации табличным образом перекодируют в 6 бит, при этом минимальное расстояние перехода намагничивания равно 1,5 Т, а максимальное 4,5 Т, где Т - длительность битового интервала. Для исключения постоянной составляющей, затрудняющей его формирование и применение в высокоплотной записи, группы входной информации объединяют в блоки, при кодировании смежные блоки анализируют, т.е. вычисляют в каждом из них возможную величину отклонения постоянного уровня сигнала, и по результатам анализа между ними вставляют группу, обеспечивающую минимальное значение постоянной составляющей в выходном сигнале.

Устройство, реализующее известный способ, содержит блоки оперативной и постоянной памяти, блок управления, блок анализа кодового блока и блок формирования выравнивающей группы.

VI оо со о

ы

«&

Известные способ и устройство не обеспечивают достаточно высокой плотности записи и в них возникают трудности распознавания групп при декодировании.

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности является способ передачи информации, заключающийся в том, что цифровые двоичные сигналы распределяют по К-разрядным группам, где К - целое Число, большее 1, определяют по произвольно выбранной таблице значение каждой группы, затем группы по заданной таблице преобразуют в соответствующие значения длительности символьных элементов, длительность каждого элемента зависит от значения соответствующей группы и равна сумме минимального времени перехода для носителя записи и временного приращения, пропорционального значению группы, максимальная длительность приращения меньше минимального времени перехода.

Известно устройство, реализующее способ, в котором на приемной стороне блок записи входных данных соединен с первым входом и через блок анализа предыстории комбинаций символов входных данных- с вторым входом блока табличного преобразования в символьные элементы, соединенного выходом с входом Следующий символ, через первый блок задержки - с выходом Текущий символ и далее через второй блок задержки - с входом Предыдущий символ блока табличного выравнивания символьных элементов, соединенного выходом со счетным входом счетного триггера, выход которого соединен с каналом передачи символьных элементов, причем вход начальной установки счетного триггера соединен с шиной сброса, на приемной стороне вопроизводящая головка соединена выходом через блок фильтра и усилителя со счетным входом счетного триггера, соединенного выходом с первым входом, через первый блок задержки со вторым входом и далее через второй блок задержки с третьим входом блока проверочного табличного преобразования, соединенного портами (входами-выходами) через магистраль управления с портами блока управления, дополнительный вход которого соединен с выходом блока фильтра и усилителя и с первым входом блока декодера носителя, соединенного вторым входом с выходом блока проверочного табличного преобразования и выходом с выходной шиной воспроизводимых данных, причем вход начальной установки счетного триггера соединен с шиной сброса.

В частности, в устройстве могут быть представлены на передающей стороне блок записи данных и источник предыстории как регистр записи данных и сдвиговый регистр

или совместно как оперативный блок памяти, блоки табличного преобразования в сим- вольные элементы и табличного выравнивания символьных элементов - как блоки постоянной памяти с записанными в

0 них табличными данными, блоки задержки - как сдвиговый регистр, счетчик - как преобразователь заданного количества импульсов во временной интервал, на приемной стороне блоки воспроизводящей головки и

5 фильтра с усилителем - как блок приема сигналов, счетчик - как блок преобразования временного интервала в количестве импульсов, блоки задержки - как сдвиговый регистр, блоки проверочного табличного

0 преобразования и декодера носителя - как блоки постоянной памяти с записанными табличными соотношениями значений сигналов, блок управления - как система логи- ческих элементов, выполняющих

5 .логические функции управления преобразованием символьных элементов.

В известных способе и устройстве в конкретном случае входные слова из 15 бит делят на одинаковые группы (5 групп по 3

0 бита в каждой) и преобразуют значения этих групп в определенное количество приращений длительности (от 0 до 7), дополнитель- ных к длительности минимального интервала Тмин, присваиваемого каждой

5 двоичной группе при преобразовании. При 5% приращении от Тмин длительность слова меняется от 5Т + 5х7хО,5ТМин 6,25 ТМИн, т.е. это равносильно модуляции длительности слова, и эффективность передачи (отноше0 ние длительности минимального интервала к длительности битового интервала) в этом случае колеблется от 3 до 2,2 бита на минимальный интервал длительности со средней эффективностью 2,5 бита на минимальный

5 интервал (5 бит/с на Гц по первой гармонике),

В известных способе и устройстве необходимо применять средства для выравнивания длительностей символьных элементов

0 не только на поддержание средней эффективности передачи 2,5 бита на минимальный интервал длительности, но и для устранения постоянной составляющей, что усложняет их реализацию.

5 Целью изобретения является повышение эффективности передачи (величины отношения длительности минимального интервала передаваемого символьного элемента к длительности битового интервала входной информации) в канале, чувствительном к постоянной составляющей, или плотности записи на носитель.

Поставленная цель достигается тем, что в способе передачи и приема информации, заключающемся в том, что при передаче информации в канал или на носитель цифровые двоичные сигналы распределяют по К-разрядным группам, где К-целое число, большее 1, затем значение каждой группы по заданной таблице преобразуют в соот- ветствующие символьные элементы с длительностью каждого элемента, зависящей от значения соответствующей группы, равной сумме минимального интервала длительности импульса или перехода для носителя записи и временного приращения, пропорционального значения группы, с максимальной длительностью приращения, меньшей минимального интервала длительности импульса или перехода для носителя записи, цифровые двоичные сигналы (фиг.1,а) предварительно разбивают на пары р-битовых слов, представляющие собой группы длительностью Т каждого слова (фиг.1б,в), затем каждое слово по правилам равновесного алфавитного кодирования таблично преобразуют в заданное число символьных элементов соответствующей длительности, число которых 0 в преобразованном слове не менее двух (фиг.1г,д), дли- тельность символов изменяют согласно двоичному значению слова от минимальной до максимальной с величиной дискретности (фиг.1е, фиг.2, 1) с условием равенства сумм длительностей в каждом слове длительно- сти Т, независимо от текущей комбинации символьных элементов (фиг.2), передачу или записьсигналов цифровой информации осуществляют символьными элементами через канал модуляцией двух разнополярных вер- хнего и нижнего уровней попеременно из первого (фиг.1е,з) и второго (фиг. 1 ж,и) преобразованных слов алфавитного кода, по верхнему уровню импульсов нечетными интервалами символьных элементов из перво- го слова и по нижнему уровню импульсов четными интервалами длительности символьных элементов из второго слова (фиг. 1л) за время 2 Т передаваемого сигнала пары слов преобразовываемой входной цифро- вой информации, на приеме по сформированным (фиг.1д) из импульсов сигнала переходам интервалов длительности символьных элементов (фиг. 1м) подсчитывают количество дискретов интервалов прираще- ния длительности At, уменьшающихся в измерениях интервалах длительности символьных элементов, из соответствующих значений раздельно в порядке поступления для нечетных и четных символьных

элементов или для верхнего или нижнего уровней импульсов принимаемого сигнала (фиг.1н,п) формируют первые (фиг.1р) и вторые (фиг. 1с) слова алфавитного кода и производят обратное табличное преобразование длительностей символьных элемен- тов злчдого алфавитного слова (фиг.1т,у) в цифровую двоичную информацию, эквивалентную исходной соответствующей паре входных р-битовых слов (фиг,1ф),

Поставленная цель достигается также тем, что в устройство для передачи и приема информации, содержащее на передающей стороне блок задержки, преобразователь кода в интервалы вретиени , включающий блок записи данных, блок табличного преобразования и блок счетчиков и на приемной стороне блок приема сигналов, блок управления, блок задержки и преобразователь интервалов времени в код, включающий блок счетчиков и блок табличного преобразования, дополнительно введены на передающей стороне триггерный элемент, блок согласования с каналом и преобразователь кода в интервалы времени, аналогичный первому, в который также введен вентильный элемент, и на приемной стороне блок согласования с каналом, блок коммутации, элемент НЕ и преобразователь интервалов времени в код, аналогичный первому, в который также введен вентильный элемент, причем на передающей стороне шина входных напрямую и через блок задержки соответственна соединена со входами первого и второго преобразователей кода в интервалы времени, выходы которых соединены с соответствующими входами триггерного элемента, инверсный выход которого через блок согласования с каналом соединен с выходной шиной передающей стороны и, аналогично п ря м ом у выходу, соединен с соответствующим первым входом вентильного элемента первого или второго преобразователя кода в интервалы времени, в каждом из которых второй вход вен- тйЖного элемента сочинен со счетным входом блока счетчиков, выход которого является выходом преобразователя кода в интервалы времени, установочный вход блока счетчиков соединен с шиной начальной установки, а вход записи данных блока счетчиков соединен с выходом блока табличного преобразования, соединенного входом с выходом блока записи данных, вход которого является входом преобразователя кода в интервалы времени, на приемной стороне входная шина последовательно через блок приема сигналов и блок согласования с каналом соединена с сигнальным входом блока управления и напрямую и через элемент

НЕ соответственно входами первого и второго преобразователей интервалов времени в код, выходы которых напрямую и через блок задержки соответственно соединены с первым и вторым входами блока коммута- ции, выход которого является выходом приемной стороны, а вход управления соединен с выходом блока управления, соединенного установочным входом с шиной начальной установки и соответствующими входами преобразователей интервалов времени в код, в каждом из которых этот вход является соответствующим входом блока счетчиков, счетный вход которого соединен с выходом вентильного элемента, соединен- ного первым входом с шиной тактовой частоты приращений и вторым входом с сигнальным входом преобразователя интервалов времени в код, выход которого является выходом блока табличного преобразования, соединенного входом с выходом упомянутого блока счетчиков.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показал, что заявляемые способ и устройство отличаются от известного решения принципиально новым преобразованием сигнала для передачи или для записи на носитель через канал, чувствительный к лостоянной составляющей, следовательно, соответствует критерию новизна.

В известном решении достигаются средняя эффективность передачи около 2,5 бит на минимальный интервал длительности (5 бит/с на Гц) и минимальная полоса передачи сигналов в канале 4,4 бит/с на Гц, однако при этом существуют проблемы наличия постоянной составляющей и непостоянства длительности слова информации в передаваемом в канал сигнале.

Заявляемые способ и устройство при той же величине приращения символьных элементов (5% Тмин) позволяют достичь 3 бита на минимальный интервал длительности или минимальной полосы передачи сиг- налов в канале 6 бит/с на Гц с равномерной длительностью пар слов и с отсутствием в них постоянной составляющей. Таким образом, предложенная совокупность признаков является новой и обеспечивает достижение более высокого положительного эффекта, следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию существенные отличия.

На фиг.1 показана последовательность преобразования сигналов, выполняемая при реализации способа, и приведены эпюры сигналов, вырабатываемых в контрольных точках устройства, т.е.:

а - эпюра двух р-разрядных слов входного двоичного цифрового сигнала (te - длительность битового интервала, в данном случае является масштабом изображаемых эпюр преобразования двоичных 15-разрядных слов),

б - эпюра задержанного слова,

в - эпюра первого слова,

г, д - эпюры преобразования значений первого и второго входных двоичных слов в значения серии интервалов длительностей, например, изображенных в масштабе с дискретностью битовых интервалов te: для первого слова - 3; 3,4; 4,6; 4 te (фи ,1д), для второго - 5; 4; 8; 3 t6 (фиг.1 г) на шкале времени - 3; 6,4; 11; 15; 20; 24; 27; 30 te,

г - эпюра числовых значений длительностей символов для второго слова,

д - для первого слова,

г, д, е, ж - диаграмма перемежения ин тервалов длительностей в нечетные из первого слова (в) и в четные из второго слова (б) в результирующие серии интервалов длительностей, например, 3; 5; 3,4: 4; 4; 4,6: 3;- 4; 3 te (фиг. 1е,ж) на шкале времени - 3; 8; 11,4;-15.4; 20; 23; 27; 30 te,

е - эпюра серий импульсов тактовой частоты приращений для первого слова,

ж - для второго слова,

з - эпюра сиглов завершения подсчета количества интервалов приращений, уменьшающихся в символьных элементах первого слова,

и - в символьных элементах второго слова,

к - эпюра сигналов управления тактовой частотой приращений символьных элементов,

л - эпюра преобразованного из символьных интервалов сигнала на передачу, например, с суммой длительностей на временной шкале по верхнему уровню 3; 6,4; 11; 15 и по нижнему - 5; 9; 12; 15,

м - эпюра восстановленного из канала сигнала, управляющего преобразованием длительности интервалов времени символьных элементов в код,

н, и - эпюры преобразования длительностей интервалов в серию длительностей с дискретностью битовых интервалов - аналогично эпюрам (фиг.1е,ж),

н - эпюра серий импульсов тактовой частоты приращений, сформированных символьными интервалами верхнего уровня нечетных импульсов принятого сигнала,

и - эпюра серий импульсов нижнего уровня четных импульсов принятого сигнала,

н, и, р, с -диаграмма обратного перемежения интервалов длительностей нечетных

в первую серию и четных во вторую, аналогичная эпюрам (фиг.1г,ц),

р - эпюра восстановленных числовых значений длительностей импульсов для символьных элементов первого алфавитно- го слова,

с - для второго алфавитного слова,

т, у, ф - эпюра обратного преобразования символьных интервалов (фиг, 1 эпюры р, с) в два двоичных слова (эпюры фиг.1т,у) и в двоичную последовательность (эпюра фиг.1ф), эквивалентную двум р-разрядным двоичным словам входной информации (эпюра а).

На фиг.2 показаны эпюры комбинаций равновесного алфавитного кодирования из исходной порождающей комбинации (ЕЗА), (4000).

Вес символьных элементов алфавита а, Ь, с, d, е соответственно равен 0; 1; 2; 3; 4. Минимальный интервал Тмин тождественен интервалу символа а

N - количество комбинаций символов алфавита в равновесном алфавитном коде.

На фиг.З показана функциональная схе- ма передающей стороны устройства для передачи и приема информации,

На фиг.4 показана функциональная схема приемной стороны устройства для передачи и приема информации.

Способ высокоплотной передачи и приема информации включает в себя следующие операции.

1,На цифровой поток сигналов данных, поступающий от внешних источников с про- извольным количеством бит в словах данных воздействуют -накопителем информации и устанавливают соответствие полученных сигналов бит информации двум р-битовым группам на период следова- ния двух р-битовых групп, например, на фиг. 1 а, 5, 8 формируют два слова по 15 бит.

2.На сигналы накопителя каждой битовой группы параллельно воздействуют соответствующим преобразователем двоичных сигналов и формируют двоичные сигналы для символьных элементов алфавитного кода.

Например, .1г,д минимальный интервал Т мин равен трем битовым интер- валам данных (3, а последовательность символьных элементов в числовом виде равна для первого алфавитного слова 3 ± 6; 3,4 ±6; 4,6 ±6; 4 ±6, в сумме равная 15 ±6, и для второго 5 ±6; 4 ±6; 3 ±6; 3 ± 6. также в сумме разной 15 ± 6. На шкале времени 3 ± 6; 6,4 ± 6; 1 ± 6; 15 ± 6:20 ± 24 ± 6; 27 ± 6; 30 ± 6. Упрощенный пример

перебора возможных комбинаций символьных элементов показан на фиг.2.

3.Соответствующими двоичными сигналами символьных элементов алфавитного кода р-битовых групп воздействуют на соответствующие р-битовым группам счетчики и подсчитывают количество импульсов генератора приращения в символьных элементах, количество которых определено значением символьного элемента в алфавитном коде и соответствует его длительности в сигнале (фиг.1е,ж).

4.На сигналы счетчиков, соответствующих р-битовых групп воздействуют пере межителем символьных сигналов, (фиг. 1 г,д,е,ж,з,и) формируют модулированный по длительности двухуровневый импульсный сигнал и попеременное следование в нем интервалов символьных элементов от соответствующих р-битовых групп, символьные элементы первой р-битовой группь1 по верхнему уровню сигнала, второй - по нижнему и направляют их в канал передачи (фиг. 1к,л), причем длительность интервала каждого символьного элемента определяют равной сумме минимального интервала и количеству приращений символьных элементов и длительность слова из символьных элементов - равной постоянной сумме длительности символьных элементов.

Например, длительности переходов последовательности перемешанных символьных элементов в числовом виде соответствуют 3 ± 6; 5 ± 6; 3,4 ± 6; 4 ± 6, 4,6 ± 6; 3 ± 6; 4 ± 6; 3 ± б на шкале времени 3 ±6; 8 ±6; 11,4 ±6; 15,4 ±6; 20 ±6, 23 ±,6; 27 ±6; 30 ±6; (фиг. 1л), из которой видно, что длительность первых четырех символьных элементов может отклоняться от середины длительности двух р-битов слов в зависимости от содержащейся в них информации, однако, сумма длительностей нечетных переходов символьных элементов всегда равна сумме длительностей четных переходов, что исключает появление в сигнале постоянной составляющей.

5.Из переданного сигнала выделяют приемным устройством верхний и нижний уровни сигнала символьных элементов (фиг. 1м), которыми воздействуют на соответствующие им счетчики импульсов генератора приращений символьных элементов (фиг.1н,п), подсчитывают их количество, содержащееся в интервале каждого символьного элемента, и формируют двоичный эквивалент каждого символьного элемента (фиг. 1р,с}.

6.С соответствующими принятому уровню символьного элемента сигналами счетчиков воздействуют на соответствующий преобразователь двоичных сигналов символьным элементом и формируют двоичные сигналы р-битовой группы (фиг,1т,у).

7.Сформированные двоичные сигналы р-битовых групп деперемежителем сигналов объединяют и передают на выход данных (фиг.1ф).

В предлагаемом способе, как в прототипе, осуществляют преобразование двоичной информации (фиг.Ча) и символы длительности переходов сигнала с длительностью, равной сумме длительности минимального интервала и сумме приращений длительности, определяемой значением символа, минимальное значение которого равно минимальному интервалу длительности Тмин выбранного алфавита равновесного кодирования (фиг.1г,д, фиг.2,1). Однако в предлагаемом способе двоичной группой, подлежащей кодированию равновесным алфавитным кодом, является целое двоичное слово, например, 15 бит (фиг.1а), и алфавитное равновесное кодирование осуществляют с условием равенства сумм

длительностей символов 5лс асфавитного

1

кода длительности Тдс кодируемого слова независимо от его значения и результирующего значения комбинации равновесного алфавитного кода (фиг.1г,д, фиг.2), т.е. запрещены все значения длительности символов, входящих в комбинацию алфавитного слова, после первого символа, приводящие к нарушению равенства

N

f(W. Q)/ i t const,

1

(3)

а количество двоичных разрядов р в кодируемом слове входной информации как

р ent Iog2 N,

(4)

где ent - целая часть.

Для случая р 15, Q 4, W 57 максимально возможная длительность символа

tc макс W A t + Тмин 57 At + Тмин. (5)

По условию (2) максимальная переменная часть приращений символов равна длительности минимального символа Тмин, поэтому длительность двоичного слова

Тдс pt6 ОТмин + W ( Q+ 1) Тмин, (6) Отсюда минимальный интервал Тмин равен:

25

Т

,

(7)

30

а величина приращения длительности At соответственно равна

Atpte

W(Q + 1) или при t6 1, Q 4, W 57

(54X+1)Xl00°/°

(8)

Изобретение относится к области радиотехники и электросвязи и может использоваться в системах цифровой информации и в системах магнитной и оптической записи. Целью изобретения является повышение эффективности передачи-приема информации. Сущность способа: в способе передачи-приема цифровые сигналы разбивают на пары битовых слоев, каждое из которых по правилам равновесного алфавитного кодирования таблично преобразуют в заданное число символьных элементов, которые передают или записывают модуляцию двух раз- нополярных уровней попеременно из первого и второго преобразованных слоев. Устройство на передающей стороне содержит 1 шину (2) входных данных, 1 блок (3) задержки, 2 преобразователя (4, 5) кода в интервал времени, 1 триггерный элемент(б), 1 блок (7) согласования с каналом, 1 выходную шину (8) сигналов передачи. На приемной стороне устройство содержит 1 шину входных сигналов, 1 блок приема, 1 блок согласования с каналом, 1 элемент НЕ, 2 преобразователя интервалов времени в код, 1 блок задержки, 1 блок коммутации, 1 блок управления, 1 шину выхода сигналов данных. 2 с.п. ф-лы, 4 ил. С

|ДС

itc.

1

(1) 40 -i-x 100% 5,263%

Далее, для получения максимальной эффективности передачи при заданном весе и количестве символов Q оптимальный максимальный интервал длительности суммы всех приращений выбирают равным или близким минимальному значению длительности символов Тмин (фиг.2,1):

WAt T

мин

(2)

где W - вес равновесного кода, соответствующий количеству всех интервалов приращений относительно ТМин во всех символах слова алфавитного кода.

Количество комбинаций N алфавитного слова, например, для фиг.2, определяют как функцию веса W и количества Q символов в алфавитном слове,

т.е. величина приращения A t сравнима с величиной приращения в прототипе.

Назовем шагом d величину отношения длительности приращения к длительности минимального интервала и, согласно условию (7), шаг равен обратной величине веса W алфавитного кода, т.е.:

At

I МИН

At WAt

J

W

(9)

Назовем также разрешающей способностью р отношение половины величины длительности приращения At к максимальной длительности символа 1сМакс в применяемом равновесном алфавитном коде

д- 1 At - 1 2 т/.2

1СМ8КС

2(fiL + m)

где m - количество дискретов приращения At, укладывающихся в символ максимальной длительности tc кода. В предельном случае

m-W,

(11)

поэтому

)

2(W+W) 4W В конкретном случае

0.438%,

т.е. требования к нестабильности скорости воспроизведения или к колебаниям скорости передачи информации соответствуют существующим нормам. Например, в видеомагнитофоне поддерживают нестабильность движения ленты порядка ± 0,3%. а в специализированных устройствах записи до ±0,1%.

Эффективность передачи V, определяемая как отношение длительностей минимального интервала Тмин символа кода к битовому интервалу te входной двоичной информации, в предлагаемом способе из выражения (7) величина стабильная, не зависящая от содержания информации во входном двоичном сигнале, т.е.:

V

I МИН .

Тб

Q +1

В конкретном случае V

15

что соответствует скорости передачи информации 3 бита на минимальный интервал длительности или минимальной полосе по первой гармонике 6 бит/с на 1 гц (фиг.1а,г,д.л).

Для устранения постоянной составляющей на передающей стороне входнукУ двоичную информацию разбивают на пары одинаковых групп (фиг. 16,в) и производят раздельное преобразование этих групп в

символьные элементы равновесного алфавитного кода (фиг.1г,д), количество которых в каждой группе равно и постоянно. Затем формируют потоки чередующихся значений 5 длительностей последовательностей символьных элементов преобразования первой и второй групп (фиг.1е-к), нечетные символы их первой группы, четные - из второй в общий поток (фиг.1к). из которого формиру10 ют симметричный биполярный выходной сигнал (фиг. 1л).

В результате в выходном сигнале длительности импульсов верхнего уровня (нечетные, фиг.1е,к,л) имеют значения

15 символов первой группы, а длительности второй группы. Но по условию (1) суммы длительностей символов преобразования первой и второй групп равны (фиг.1г,д), следовательно, в выходном сигнале при любых

20 комбинациях символов равновесного алфавитного кода постоянная составляющая от- . сутствует (фиг. 1л).

На приемной стороне из принятого сигнала формируют интервалы импульсов

25 (фиг.1м), измеряют их длительность (фиг. 1 н,п) и приводят их значения в соответствие с символьными элементами равновесного алфавитного кода.

Символьные элементы поочередно рас30 параллеливают, нечетные - в первую группу (фиг.1р), четные - во вторую (фиг.1е) и производят обратное преобразование в двоичные группы (фиг,1т,у), которые объединяют в выходной сигнал, эквивалентный исходно35 му входному двоичному сигналу цифровой информации (фиг.1ф,а).

Основной заявляемого способа является равновесное алфавитное кодирование двоичного слова информации в символьные

40 элементы переменной длительности tc внутри постоянной длительности Тдс (фиг.2) кодируемого слова по условию (1). т.е. осуществляют табличное преобразование значений кодируемых двоичных слов в зна45 чения комбинаций количества Q символьных элементов алфавита а, Ь, ,с i, ... m

равновесного алфавитного кода по заданному закону размещений, включающих перестановки и сочетания с повторениями

50 символьных элементов, при длительности слова Тдс, равной сумме длительностей

символьных элементов Тдс itc, незави1

симо от любой комбинации символов. Для произвольно выбранного алфавита длительность каждого символьного элемента а, Ь, с .... i ... m выражается как сумма длительности минимального интервала Тмин символьного элёментгПа ТминГй произведе55

ния порядкового номера символьного элемента алфавитного равновесного кода и длительности приращения

ta ta+ 0 At; lAt; tc ta+ 2At;... I; tm ta + mAt,

(14)

где m - порядковый номер последнего элемента алфавита или его вес.

Каждое алфавитное равновесие кода по условию имеет постоянную длительность Тдс независимо от изменения порядка и вида элементов в комбинацию, отсюда следует, что сумма количества шагов приращения длительности для каждой комбинации слова алфавитного равновесного кода постоянна и характеризует вес W

1дт

1

At

(15)

Как упоминалось в выражениях (3), количество элементов N в алфавитном коде зависит от величины веса W и количества Q символов и обычно

,

(16)

а количество двоичных разрядов определяется из выражения (4) и в общем виде равно

р em 1092 f (W, Q) / Stc Тдс. (17)

1

Однако на практике при заданном количестве разрядов р входной двоичной ин- формации параметры алфавитного равновесного кода, количество комбинаций N, количество символьных элементов Q и вес W определяют по правилам, приведенным ниже.

Введем понятия исходной порождающей комбинации Qj.,.Qj...Qa и порождающей комбинации qj...qi...qa.

Комбинацию элементов алфавитного равновесного кода, упорядоченную по максимальному и минимальному весу символьных элементов, подвергающуюся затем операциям размещений, включающим перестановки и сочетания с повторениями элементов с условием равного веса комбинаций, образующих затем матрицу упорядоченных комбинаций, назовем исходной порождающей комбинацией и означим ее в квадратных скобах заглавными буквами алфавита с впереди стоящими цифрами, обоз- начающими количество элементов

одинакового веса, например (ЕЗА), или в развернутом виде только буквами (ЕААА), или только цифрами (4000) (табл.1, полученная из символьных элементов, фиг.2).

Любую из строк матрицы упорядоченных символьных элементов алфавитного равновесного кода по убывающему весу символьных элементов, порожденных исходной порождающей комбинацией пере

становками из элементов алфавита назовем просто порождающей комбине цией. например, см. табл.1, вторая строка матрицы образована из первой строки мат рицы (еааа) (в весовой форме (4000) исход

ной порождающей комбинации (ЕЗА) путв|/1 понижения веса первого элемента е с в« сом 4 на единицу, т.е. заменой его на символ а с весом 3 и рядом стоящего справа второго элемента а с весом W3 0 на эле

мент Ь с весом Л/ь 1, (3100 - в весовой форме), и т.д. до полного снижения .весов элементов с выполнением условия сохранения общего веса W комбинации.

В данном случае при W 4, Q 4 последняя комбинация в весовой форме соответствует (1111) или (4ь) - в алфавитно-цифровой. По условиям данного кода комбинации из элементов алфавита типа (321Р), вес которых Wd + Wc + Wb + Wa 6 W 4, или (2100),

вес которых Wc + Wb + Wa + Wa 3 W 4, запрещены (фиг.2).

Матрица порождающих комбинаций от исходной ЕЗА приведена в таблице 1.

На фиг.З показаны эпюры всех возможных комбинаций алфавитного равновесного кода (ЕЗА). В приведенном примере количество строк в матрице равно 5, а количество комбинаций N 35.

Количество комбинаций NJ, порождаемых строкой матрицы комбинаций элементов, удобнее находить через произведение П сочетаний С количества элементов новой группы по суммам количества элементов новой группы и количества элементов предыдущих групп элементов в комбинации.

Если принять алфавитное обозначение элементов, соответствующее количеству этих элементов в группах одноименных элементов, например, три элемента а обозначить одной буквой а, то запись количества элементов, порождаемого строкой матрицы, упрощается, т.е.

а

55 П СЈ NJ - Ce+dd + Ce+d+cc +

+ Ce+d+c+b + Ce+d+c+b+a ,

a

где С R количество комбинаций, даемое строкой матрицы.

Так как матрица содержит п строк порождающих комбинаций, то общее количество комбинаций N, порождаемых строками исходной порождающей комбинации (в данном случае (ЕЗА)), равно сумме количества комбинаций, порожденных по строкам

а

N 2Nj 2ПСЈ.

Суммирование производят с последней строки с элементами минимального веса,

так как при N возможно ограничение и отбрасывание лишних верхних строк матрицы.

Количество N комбинаций, порождаемых исходной порождающей комбинацией, называют также емкостью равновесного алфавитного кода.

Зная величину емкости алфавитного равновесного кода, из выражения (4) определяют количество разрядов р входной двоичной информации.

Эффективность передачи V (отношение длительности минимального интервала символьного элемента к длительности битового интервала) определяют из выражений (3),(4).(7),(13):

entlog2f (W. Q ) Q +1

Некоторые значения веса W, емкости N при количестве Q символьных элементов от 2 до б и эффективности передачи от 1 до 3 бит на минимальный интервал длительности приведены в табл.2.

Из табл.2 видно, что оптимальным следует считать вес W 57 при Q 4, так как емкость кода N 34220 еще недостаточно высока, а величины приращения At и разрешающей способности р (см. выражения 10- 12), определяемые весом W, удовлетворяют условиям стабильности воспроизведения информации р 0,3%.

В приведенном примере в случае применения в алфавитном равновесном коде веса W 57 и количества символов Q 4 при передаче пары слов достигается эффективность передачи информации 3 бита на минимальный интервал длительности импульса и 6 бит на максимальный интервал, т.е. передача информации занимает полосу частот по первой гармонике от б до 12 бит/сна 1 Гц при длительности приращения 5,263% от битового интервала входной информации и требованиях к стабильности скорости передачи цифрового потока или к разрешающей способности р 0,438%.

Таким образом, заявляемый способ позволяет повысить эффективность пере- дачи от 3 бит на минимальный интервал и производитьпередачу и прием цифровой 5 информации по каналу передачи или записи-воспроизведения без постоянной составляющей. Потребитель может выбирать эффективность передачи информации от 1 до 3 бит на минимальный ин10 тервал длительности в зависимости от требований и условий в канале передачи информации.

Устройство для высокоплотной передачи и приема цифровой информации (фиг.З)

15 содержит на передающей стороне 1 шину 2 входных данных, блок 3 задержки, преобразователи 4, 5 кода в интервал времени, включающие соответственно каждый блок 4.1 или 5.1 накопления данных, блок 4.2 или

20 5.2 присваивания символьных элементов, блок 4.3 или 5.3 счетчиков и элементы 4.4 или 5.4, триггерный элемент б, блок 7 согласования сигналов передачи, шину 8 выхода сигналов передачи, шину 9 начальной уста25 новки и шину 10 тактовой частоты приращений, на приемной стороне 11 - шину 12 входных сигналов, блок 13 приема сигналов, блок 14 согласования сигналов приема, элемент 15 НЕ, преобразователи 16, 17 интер30 валов времени в код, включающие соответственно каждый элемент И 16.1 или 17.1, блок 16.2 или 17.2 счетчиков и блок 16.3 или 17.3 декодирования символьных элементов, блок 18 задержки, блок 19 коммута35 ции, блок 20 управления, шину 21 выхода сигналов данных, шину 22 начальной установки и шину 23 тактовой частоты приращений.

На передающей стороне 1 шина 2

40 входных данных напрямую и через блок 3 задержки соответственно соединена с информационными входами преобразователей 4 и 5 кода в интервалы времени, выходы которого соединены с соответству45 ющими входами триггерного элемента 6, ин- версный выход которого через блок 7 согласования с каналом соединен с шиной 8 выхода сигналов передачи и, аналогично прямому выходу, соединен с соответствую50 щим первым входом элемента И 4.4 или 5.4, соответствующего преобразователя 4 или 5 кода в интервал времени, в каждом из которых второй вход элемента И 4.4 или 5,4 соединен со счетным входом блока 4.3 или .

55 5.3 счетчиков, выход которого является выходом преобразователя 4 или 5 кода в ин- тервал времени, установочный вход блока 4.3 или 5.3 счетчиков соединен с шиной 9 начальной установки, а вход записи данных блока 4.3 или 5,3 счетчиков соединен с выходом блока 4.2 или 5.2 присваивания символьных элементовроединенного входом с выходом блока 4.1 или 5.1 накопления данных, вход которого является входом преобразователя 4 или 5 кода в интервалы времени, на приемной стороне 11 шина 12 входных сигналов последовательно через блок 13 приема сигналов и блок 14 согласования сигналов приема соединена с сигнальными входом блока 20 управления и напрямую и через элемент 15 НЕ соответственно входами преобразователей 16, интервалов времени в код, выходы которых напрямую и через блок 18 задержки соответственно соединены с первым и вторым входами блока 19 коммутации, выход которого соединен с шиной 21 выхода сигналов данных, а вход управления соединен с выходом блока 20 управления, соединенного установочным входом с шиной 22 начальной установки и с соответствующими входами преобразователей 16, 17 интервалов времени в код, в каждом из которых этот вход является соответствующим входом блока 16.2 или 17,2 счетчиков, счетный вход которого соединен с выходом элемента И 16.1 или 17.1, соединенного первым входом с шиной 23 тактовой частоты приращений, вторым входом - с сигнальным входом преобразователя 16 или 17 интервалов времени в код, выход которого является выходом блока 16.3 или 17.3 декоуправления символьных элементов, соединенного входом с выходом упомянутого блока 16.2 или 17.2 счетчиков.

Устройство для высокоплотной передачи и приема информации работает следующим образом.

На передающей стороне 1 (фиг.З) после начальной установки по шине 9 входной двоичный сигнал цифровой информации поступает на шину 2 входных данных (фиг.1а) и через блок 3 задержки (им может служить сдвиговый регистр) и напрямую (фиг, 1 б,в) на соответствующие входы преобразователей 4,5 кода в интервалы времени, которые формируют импульсы окончания преобразования числовых значений кода на входе -в длительности интервалов символьных элементов раздельно для прямого и задержанного входных сигналов (фиг. 1з,и).

Преобразование относительно друг друга в каждом из преобразователей 4, 5 разнесено во времени за счет обратной связи через триггерный элемент 6, который, возбуждаясь одним из выходных импульсов преобразователей4 или 5, перебрасывается в другое состояние (фиг.1к). запрещает работу преобразователя, сформировавшего выходной импульс, и разрешает работу другому преобразователю потенциалом на соответствующем элементе И 4.4 или 6.5. Элемент 4.4 или 5.4 пропускает тактовые импульсы, поступающие с шины 10 тактовой

частоты приращений на счетный вход блока 4 счетчиков (фиг.1е) или блока 5 счетчиков (фиг.1ж), каждый из которых отсчитывает количество импульсов, заданное в числовой форме на входе блока записи данных блока

0 4 или 5 счетчиков. В результате длительность счета, что эквивалентно длительности символьного элемента, задается значением двоичного кода, определяющего заданный символьный элемент на выходе блока 4.2

5 или 5.2 присваивания символьных э, емен- тов (фиг.1г,д) двоичной входной информации (фиг.1а), записанной в блоки 4.1 или 5.1 накопления данных (фиг.1б,в) на время преобразования.

0 Задержка сигналов в числовые значения, соответствующие длительностям символьных элементов, на эпюрах фиг.1б,в,г,д, и преобразование на эпюрах фиг 1г,д,е,ж показаны условно, где как табличное преоб5 разование может быть выполнено на блоках постоянной памяти, например ПЗУ, а запись данных - на блоках оперативной памяти ОЗУ, в результате выходные данные преобразования могут храниться весь пери0 од преобразования, равный длительности двух входных слов информации (фиг 1а)

Равновесный способ преобразования, задаваемый алфавитным равновесным кодом, необходим, так как при произвольном

5 формировании длительностей на выходах преобразователей 4, 5 кода в интервал времени через триггерный элемент 6 и блок 7 согласования сигналов передачи на выходе 8 может сформироваться сигнал с возникно0 вением постоянной составляющей, а блок 7 согласования сигналов передачи, например преобразователь без возвращения к нулю (БВН), способен лишь усреднять уровни сиг-; нала относительно базового уровня за опре5 деленную постоянную времени, однако в нем не исключается накопление в уровнях разницы длительностей интервалов и преобразования ее в плавание базового уровня, влияющего на качество

0 воспроизведения информации вплоть до потери воспроизводимрй информаци. При алфавитном равновесном кодировании постоянная составляющая в передаваемом сигнале (фиг. 1л) отсутствует.

5 Каналом передачи могут являться разнообразные среды (магнитные, оптические, проводные, электромагнитные и другие), поэтому блок 13 приема сигналов на приемной стороне 11 всегда специфичен, однако и на его выходе также требуется согласование

базовых уровней канала и приемной стороны при помощи блока 14 согласования сигналов передачи.

Сформированный сигнал (фиг, 1 м) поступает на вход блока 20 управления, на вход преобразователя 16 интервалов времени в код и через элемент 15 НЕ на вход преобразователя 17 интервалов времени в код. После начальной установки по шине 22 преобразование интервалов времени в код осуществляется вентильным элементом И 16 1 или 17.1, управляемым сигналом блока 14 согласования сигналов передачи (фиг. 1м), пропускающего с шины 23 тактовой частоты приращений импульсы на счетный вход блока 16.2 или 17.2 счетчиков (фиг.1н,п). Блок 16.2 или 17.2 счетчиков (преобразование на фиг.1н,п,р,м показано условно) преобразует количество тактовых импульсов в двоичные числовые значения, соответствующие принимаемым значениям символьных элементов (фиг.1р,с), которые затем преобразуются блоком 16.3 или 17.3 декодирования символьных элементов в сигналы слоз двоичной цифровой информации (фиг.1т,у) Блоки преобразователей 16.3 и 17 3 интервалов времени в код могут быть выполнены также на основе постоянной и оперативной памяти, ПЗУ и ОЗУ.

Преобразованные сигналы преобразователя 16 напрямую и преобразователя 17 через блок 18 задержки (это также может быть сдвиговый регистр) поступают (фиг.1т,у) на входы блока 19 коммутации (в принципе он может быть совмещен с блоком 18 задержки и выполнен на сдвиговом регистре). Блок 19 коммутации, управляемый блоком 20 управления, формирует на шине 21 выходной сигнал (фиг.1ф), эквивалентный входному (фиг.1а) двоичному цифровому сигналу.

В устройстве могут быть применены сдвиговые регистры типа К531ИР18, К155ИР13, счетчики К531Е17. К155ИЕ7, мультиплексоры К155КП5, демультиплексо- ры К155ИД7ит.д.

На фиг.З и 4 не показаны узлы синхронизации, подключенные к входам 9, 10, 22, 23

Блоки согласования сигналов передачи и приема 7 и 14 в общем случае осуществляют смещение постоянной составляющей до симметричного относительно общего уровня биполярных значений амплитуд сигналов и обратно с привязкой к общему уровню. В частности, в качестве преобразователя биполярного кода в униполярный может быть использовано устройство по авт.св. СССР № 1320883, Н 03 К 5/06. 5/01, 1.03.87; В.Н.Ко- зубов Устройство для восстановления временных интервалов цифровых сигналов, принимаемых из канала с ограниченной полосой пропускания.

Таким образом, технические преимущества заявляемых способа и устройства заключаются в том. что при той же величине приращения символьных элементов (5% Тмин) они позволяют повысить эффективность передачи до 3 бит на минимальный

интервал, занимая при этом полосу частот по первой гармонике от 6 до 12 бит/с на 1 Гц, и производить передачу и прием цифровой информации по каналу передачи или записи-воспроизведения без постоянной

составляющей с относительно невысокими требованиями к стабильности скорости передачи информации или к разрешающей способности (р 0,438%). Потребитель также может выбирать эффективность передачи информации от 1 до 3 бит на минимальный интервал длительности в зависимости от требований и условий в канале передачи информации.

25

Формула изобретения

временного приращения, пропорционального значению К-разрядной группы, отличающийся тем. что, с целью повышения эффективности передачи-приема информации, цифровые двоичные сигналы предварительно разбивают на пары р-битовых слов с длительностью Т, каждое из которых таблично преобразуют по правилам равновесного алфавитного кодирования в заданное число символьных элементов, число которых в преобразованном слове не менее двух, изменяют длительность символов согласно двоичному значению слова от минимальной до максимальной с величиной дискретности A t при условии равенства

сумм длительностей в каждом слове длительности Т независимо от текущей комбинации символьных элементов, осуществляют передачу или запись сигналов цифровой информации символьными

элементами модуляцией двух разнополяр-. ных уровней попеременно из первого и второго преобразованных слов алфавитного кода, по верхнему уровню импульсов нечетными интервалами символьных элементов из первого слова и по нижнему уровню импульсов четными интервалами длительности символьных элементов из второго слова за время 2Т передазаемого сигнала пары слов преобразованной входной цифровой информации, подсчитывают на приеме по сформированным из импульсов сигнала переходам интервалов длительности символьных элементов количество дискретов интервалов приращения длительности At, формируют первые и вторые слова алфавитного кода из соответствующих значений раздельно в порядке поступления для нечетных и четных символьных элементов или для верхнего или нижнего уровней импульсов принимаемого сигнала и производят обратное табличное преобразование длительностей символьных элементов каждого алфавитного слова в цифровую двоичную информацию, эквивалентную соответствующей исходной паре входных р- битовых слов.

выходам первого и второго блоков счетчиков, соединенный инверсным выходом с входом блока согласования сигналов передачи и входом первого элемента И и подключенный прямым выходом к входу второго элемента И, другой вход которого соединен с первой шиной тактовой частоты приращений, подключенной к другому входу первого элемента И, и блок коммутации, подклгоченный выходом к шине выходных данных, соединенный информационными входами с выходами первого блока декодирования символов и второго блока задержки и подсоединенный управляющим входом к выходу блока управления, соединенного информационным входом с выходом олока согласования сигналов приема, подключенным к входу элемента НЕ и входу третьего элемента И, соединенного выходом со счетным входом третьего блока счетчиков и подсоединенного другим входом к второй шине тактовой частоты приращений, соединенной с входом четвертого элемента И, который подсоединен другим входом к выходу

элемента НЕ и подключен выходом к счетному входу четвертого блока счетчиков, соединенного выходом с входом второго блока декодирования символов и подсоединенного установочным входом к второй шине начальной установки, подключенной к установочному входу блока управления и к установочному входу третьего блока счетчиков, соединенного выходом с входом первого блока декодирования символов, причем

первый и второй блоки счетчиков подключены установочными входами к первой шине начальной установки, соединены входами записи с выходами соответственно блока присвоения данных и блока присвоения

символов и подсоединены входами синхронизации к выходам соответственно первого и второго элементов И, выход блока приема сигналов подключен к входу блока согласования сигналов приема, а выход второго

блока декодирования символов соединен с входом второго блока задержки.

Таблица 2

S

с

Гмин ..i i#t . i . ДУЖ

0fcfc/

:Же

tOO 9 0,00

ее 1,0 есеЬ

31 Од

Sift

seof

tJSO

D39

1S30

61J8

003f

166$ 01 os

6819 ШО tSiO 1601 BMO

СШ 6Qlg Ј«Q 1101 20H ШО Wf

cut

11 tO

an

SW

Ml

16 ft

cut

1«1

tf Cf + Ј/ Cft Cf+ Cftf Cf

s 4+J2 + $ + tf t/ JS

Put. 8

Т

Передающая ctfo/юха

w

д&7#7Л j лмир

Преобрыоба/пель todar о ш/пер&аг4 J pe№ffy

ход

Г fjpeofy a o&tmej6 сода Ј ин/пё/ ал

Данные

Spevew &

Б/ГОК

xaeaff- ASM дам#Ж

SI

блок

npvcfa

tdaw

CUM&0 AO&

I

TaetnoSaA vac/now

при/ аще#иЖ g favffM Haff

устанооха

ctfo/юха

w

75 l

Блох

ушсйа

иЈа#1Я

дат/х

блок согласования

сиёмзг- A0& передачи

SI

face

суемW/Ј06

&

X

I

м

Приемная с/пороня

Јлас y p ff4/ieГ

ж

н

46

///

/;

wxoS

ди/хЖгмд а/м60/ю6

Лреоб/хгзяДсг/лель t/#- mepSer/гоб оемем/ 4 j

.Li

ъ/оир&ще/ы S Hafv&fotfarff

усмсг#оах&.

I

)

Јлас y p ff4/ieЖ0

«

#.l

бяое счемWЈ06

Лреодразо&яяк г/г06ф елем/Ј соЭ

fi :

BACK я/етwxoS

„ Ssocdeee. 4

ди/хЖгмд а/м60/ю6

.-,J