Способ кодирования сигнала с частичным откликом для передачи цифровой информации

 

Изобретение относится к вычислительной технике. Его использование в системах передачи цифровой информации по каналам с межсимвольной интерференцией позволяет повысить помехоустойчивость . Способ заключается в кодировании каждого нулевого символа входного кода длительностью, равной такту Т, изменением:уровня двухуровневого сигнала в середйн ё такта и в кодировании единичных символов той же длительности неизменным уровнем двухуровневого сигнала. Благодаря замене этих сигналов при передаче длинных последовательностей единиц или нулей на сигналы со специальным законом изменения уровня двухуровневого сигнала уменьшаются искажения из-за низкос частотной межсимвольной интерференции и обеспечивается самосинхронизация на приеме. 1 з.п. ф-лы, 6 ил. (Л с со ю со о

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (би 4 Н 03 М 5/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

H А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3860942/24-24 (22) 25.02.85 (46) 15.03.87. Бюл. tt 10 (71) Московский электротехнический институт связи (72) Л.В.Муравник, С.И.Алябьев и С.Е.Легейда (53) 621.39(088.8) (56) Патент Великобритании

Р 1578635, кл. Н 03 К 13/00, 1977.

Былянски П.Ингрем Д. Цифровые системы передачи, N. Связь, 1980, с. 234-235. (54) СПОСОБ КОДИРОВАНИЯ СИГНАЛА С ЧАС

ТИЧНЫМ ОТКЛИКОМ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ЦИФРОВОЙ

ИНФОРМАЦИИ (57) Изобретение относится к вычислительной технике. Его использование

„„SU„„>ЮЛЗО А1 в системах передачи цифровой ийформации по каналам с межсимвольной интерференцией позволяет повысить помехоустойчивость. Способ заключается в кодировании каждого нулевого символа входного кода длительностью, равной такту Т, изменением уровня двухуровневого сигнала в середйне такта и в кодировании единичных символов той же длительности неизменным уровнем двухуровневого сигнала. Благодаря замене этих сигналов при передаче длинных последовательностей единиц или нулей на сигналы со специальным законом изменения уровня двухуровневого сигнала уменьшаются искажения из-за низко- д

С> частотной межсимвольной интерференции и обеспечивается самосинхронизация на приеме. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1 1297?

Изобретение относится к вычислительной технике и может использовать— ся в системах передачи цифровой информации по каналам с межсимвольной интерференцией.

Цель изобретения — повышение помехоустойчивости.

На фиг. 1 изображены: временные диаграммы для случая п К, m K+2, совпадающего со способом-прототипом; на 1ð фиг. 2 — то же, для случая п>К, ш>К+2 для К=3; на фиг. 3 и 4 — временные диаграммы возможных вариантов передачи последовательности единиц (а) или нулей (б); на фиг. 5 и 6 — блок-схемы 15 соответственно кодирующего и декодирующего устройств, с помощью которых может быть реализован данный способ.

Принцип кодирования по данному способу заключается в разрушении в пере- 2р даваемом сигнале длинных последовательностей единиц или нулей при сохранении основного свойства сигнала с частичным откликом (или дуобинарного кода) — высокой удельной скорос- 25 ти передачи.

Кодирование осуществляется следующим образом.

Если во входном сигнале (фиг.1a) отсутствуют последовательности симво- 30

-лов "О" длиной K+3 и более тактовых интервалов и последовательности символов "1" длиной К+1 и более тактовых интервалов, то формирование передаваемого сигнала осуществляется по правилу формирования дуобинарного кода. При этом каждому символу "01 входного сигнала (фиг. 1а) соответствует изменение урбвня выходного сиг— нала, а при символах "1" изменение 40 уровня выходного сигнала не произво- дится (фиг. 13). На выходе канала, имеющего полосу пропускания М и 1/2Т (Т вЂ” длительность тактового интервала передаваемого сигнала) в этом слу- 45 чае формируется сигнал, который показан на фиг. 1Ь. Промежуточный уровень этого сигнала соответствует символам "О" исходной информации, а граничные уровни (+1 или -1) — символам "1".

Для последовательностей символов

"1" с числом символов п>К формирование выходного сигнала осуществляется по следующему правилу (фиг. 3 ): сна- 55 чала вся последовательность длиной и символов "1" разбивается на блоки по

К тактовых интервалов в каждом блоке.

Длина последнего блока зависит от

30 2 величины К н может изменяться от 1 до К. Затем во всех блоках, кроме последнего, изменяют К раз уровень сигнала, начиная с середины второго до середины последнего тактового интервала включительно, В последнем блоке при любых соотношениях и и К уровень сигнала не изменяется.

Правило формирования сигнала для последовательностей символов "0 с числом символов m>K+2 иллюстрирует фиг. 38. Сначала вся последовательность символов 0 1 длиной m тактовых интервалов разбивается на блоки по

К+2 символа "О". Длина последнего блока зависит от соотношения величин

m H К и может изменяться от 1 до К+2 тактовых интервалов. Затем во всех блоках, кроме последнего, изменяют

K+2 раза уровень сигнала, начиная с середины первого до середины предпоследнего, (К+1)-го тактового интервала. В последнем блоке при любых соотношениях между величинами m и К+2 изменение уровня сигнала осуществляют по правилу формирования дуобинарного кода.

На фиг. 2 изображен вариант кодирования по предлагаемому способу при К=З, когда в исходной информации есть серия символов "1" с числом >К и серия символов "О" с числом m>Ê+2.

Сигнал с описанными свойствами может быть получен по-разному. Например, в первом варианте (фиг.2 н 3) формирование сигнала осуществляется с частотой, кратной полутактовой частоте входного сигнала. Во втором варианте (фиг. 4) при К>3 изменение

К и К+2 раза уровней сигнала осуществляется с частотой, не кратной полутактовой частоте входного сигнала.

При К=З оба варианта кодирования обеспечивают формирование сигналов, не отличающихся по форме.

Восстановление исходной двоичной информации на приеме может осуществляться по следующему правилу: участок сигнала с промежуточным уровнем между импульсами с разными граничными уровнями, имеющий длину, равную (К-1)-му тактовому интервалу, соответствует символам 1 исходной цифровой информации; другие участки сигнала с промежуточным уровнем соответствуют символам "О"; импульсу сигнала с одним иэ граничных уровней соответствует символ

"0" исходной цифровой последователь1297230 ности, если уровень этого импульса противоположен уровню предшествующего импульса и импульсы разделены (К+1)-ым тактовым интервалом; все другие импульсы соответствуют симво- 5 лам 1 .

Параметр К выбирается исходя из ряда противоречивых требований к сигналу и определяется характеристиками конкретного канала передачи. Умень- 10 шение величины К ведет к увеличению числа изменений уровня в принимаемом сигнале. Это повышает стабильность работы системы выделения синхронизации при приеме и уменьшает искажения 15 сигнала из-за низкочастотной межсимвольной интерференции. Минимизация величины К желательна также для уменьшения коэффициента размножения ошибок при декодировании сигнала.

Однако при малых значениях К наблюдается относительно большое изменение частоты следования импульсов передаваемого сигнала для последовательностей символов "1" и "0", что 25 приводит к искажению длительности и амплитуды импульсов принимаемого сигнала. В худшем случае (при К=3) на гриеме наблюдается 167. — ное уменьшение раскрыва глаз-диаграммы, которое 30 уменьшаетгя при увеличении значения К.

Сущность изобретения составляет предлагаемая последовательность опе,раций над входным цифровым сигналом, при котоРой в принимаемом сигнале 35 для последовательностей символов "1" исключается появление однополярных последовательностей с одним из граничных уровней и ограничивается чис— ло тактовых интервалов без изменения 40 уровня принимаемого сигнала как для последовательностей символов "1") так и последовательностей символов

"0". Таким образом, в сигнале уменьшаются низкочастотные компоненты и 45 обеспечивается работа системы приема сигнала в режим самосинхронизации.

Указанный положительный эффект достигается путем формирования сигнала по описанному правилу и основан на особенностях передачи сигналов с частичным откликом, когда принимаемая последовательность импульсов представляет собой суперпозицию откликов тракта передачи на передаваемый сигнал в соседних тактовых интервалах. При этом в сигнале с частичным откликом формируются импул.,сы с одним из граничных уровней, соответствующие только тем участкам в лередаваемом сигнале, в пределах которых изменение уровня сигнала происходит реже, чем через один тактовый интервал входной цифровой последовательности (фиг. 1 и 2). При использовании предлагаемого способа кодирования длина участков передаваемого сиг— нала без изменения уровня сигнала не может превышать K тактовых интервалов при передаче "1" и К+2 тактовых интервалов при передаче символов "0" (фиг. 2, 3 и 4). Поэтому уровень низкочастотных компонент в спектре. сигнала меньше, чем при использовании дуобинарного способа кодирования, для которого дпина участков принимаемого сигнала с одним из граничных уровней может неограниченно возрастать.

Режим самосинхронизации при приеме сигнала обеспечивается путем стабильной подстройки системы синхронизации, поскольку ограничение длинь участков без изменения уровня при передаче сигнала, соответствующего последовательностям символов "1" входного цифрового сигнала, гарантирует на приеме получение импульсов, следующих не реже чем через К-1, а при передаче последовательностей символов "0" — не реже,чем через К+1 тактовый интервал-.

На практике разбиение последовательности одинаковых символов на блоки производится последовательно.

Устройство кодирования для реализации данного способа формирования сигнала с частотой, не „ратной полутактовой частоте входного сигнала, включает в себя (фиг. 5) элементы 1, Z задержки на один тактовый интервал, первый и второй дешифраторы 3, 4, элемент 5 задержки на K+2 тактовых интервалов, элементы И 6, 7, элементы НЕ 8, 9, первый, второй и третий. формирователи 10, 11, 12 импульсов, элемент 13 загержки на 2 тактовых интервала, RS — триггеры 14, 15, элемент ИЛИ 16, логический коммутатор 17, счетный триггер 18.

Устройство декодирования сигнала (фпг. 6) включает в себя компараторы 19, 20) элементы И 21 24 RSтриггер 25, элементы ИЛИ 26, 27) блок 28 выдi пения cttt tlt ttt синхронизации, дешифратор 29 последователь5 !2972 кости К-1 символа "0", дешифратор 30 последовательности К+1 символа "0", сдвиговый регистр 31.

Устройство кодирования работает следующим образом.

При поступлении на вход устройства последовательности К+2 символов

"0" на выходе второго дешифратора 4 с задержкой в один тактовый интервал появляется импульс обнаружения этой !0 последовательности, который поступает на первый вход элемента И 7. Второй вход этого элемента И 7 через элемент НЕ 8 соединен с информационным входом устройства кодирования. Из-за задержки сигнала в элементе 1 задержки на один тактовый интервал импульс на выходе элемента И 7 формируется только в том случае„ если на вход устройства кодирования после последовательности из К+2 символов

"0" поступает хотя бы еще один импульс "0". В случае появления импульса на выходе элемента И 7 он устанавливает RS-триггер 14 в состояние 11". 25

Сигнал с прямого выхода RS-триггера 14 через элемент ИЛИ 16 поступает на управляющий вход логического коммутатора 17 и подключает к выходу этого коммутатора 17 выходы второго 30 и третьего формирователей 11, 12 импульсов. Одновременно с этим на выходе второго формирователя 11 импульсов, запускаемого импульсом с выхода элемента И 7, появляется последовательность К+2 импульсов, следующих с частотой, в (K+2)/(K+i) раз большей тактовой частоты входного цифрового сигнала. Эти импульсы через логический коммутатор 17 поступают на 1О вход счетного триггера 18, который формирует выходной сигнал. Запуск второго формирователя импульсов 11 происходит каждый раз при обнаружении вторым дешифратором 4 последовательности К+2 символов "0" до появления на входе устройства хотя бы одного символа "1". Появление этого символа приводит к тому, что на выходе элемента 5 задержки на K+2 тактовых интервала появляется импульс,, который устанавливает RS-триггер 14 в состояние "0". При этом независимо от того, какую длину имеет последний блок в последовательности т символов 0", выход логического коммутатора 17 отключается от его третьего входа, При нахождении RS-триггера 14 в состоянии "0" возможно подключение

6 логического коммутатора 17 к первому или второму информационным входам в зависимости от состояния RS тригге ра 15. При появлении на входе первого дешифратора 3 последовательности символов 1, после которых также появляется символ "1", происходит установка триггера 15 r состояние с задержкой на два тактовых интерва— ла, которая необхоцима для выравнива— ния моментов появления информации на информационных входах логического коммутатора 17. Задержки создается элементом 13 задержки на два тактовых интервала, а импульс установки RSтриггера 15 в состояние "1" формируется на выходе элемента И 6. При этом к выходу логического коммутатора 17 подсоединяется выход третьего формирователя 12 импульсов, что достигается подачей сигнала с прямого выхода

RS-триггера 15 через элемент ИЛИ 16 на управляющий вход логического коммутатора 17. Запуск третьего формирователя 12 импульсов осуществляется с задержкой на один тактовый интервал входного цифрового сигнала с помощью элемента 2 задержки, чем обеспечивается изменение уровня выходного сигнала только с второго тактового интервала в блоках для K символов "1".

После запуска третьего формирователя 12 импульсов на его выходе формируется последовательность из K им-. пульсов, следующих с частотой, в

К/(К-1) раз большей тактовой частоты входного цифрового сигнала, Эти импульсы через логический коммутатор 17 поступают на вход счетного триггера 18, формирующего выходной сигнал.

Установка RS-триггера 15 в состояние "0" осуществляется при появлении на выходе элемента 5 задержки на К+2 тактовых интервала символа "01 . Для последовательности с числом и символов "1", большим и кратным величине К, и"менение уровня сигнала в последнем блоке К символов 1" не производится из-за невозможности запуска третьего формирователя 12 импульсов, поскольку отсутствует импульс сигнала на нервом входе элемента И 6. При значении и, большем и не кратном величине К, уровень сигнала в последних тактовых интервалах сигнала К после блока символов 1 входной информации не изменяется из-за,отсутствия импульса на втором входе элемента И 6. При

7 12972 значениях и iK установка RS — триггера 15 н состояние "1" с запуском третьего формирователя 12 импульсов не происходит из-за отсутствия сигнала на одном из входов эле5 мента И 6.

При нахождении КБ-триггеров 14,15 в состоянии "0" выход логического коммутатора 17 подсоединяется к выходу первого формирователя 10 импульсов, 10 который формирует импульсы, соответствующие символам "0 входной информации. Тактовый интервал следования импульсов равен тактовому интервалу входного цифрового сигнала. При под- !5 ключении входа счетного триггера 18 к выходу первого формирователя 10 импульсон изменение уровня выходного сигнала осуществляется по правилу формирования дуобинарного кода. 20

В устройстве декодирования (фиг.6) нходной сигнал поступает параллельно на входы первого и второго компараторов 19, 20, в которых принимается решение о наличии или отсутствии 25 в анализируемом тактовом интервале импульсов сигнала с частичным откликом. На выходе компаратора 19 сигнал появляется при обнаружении импульсов с верхним граничным уровнем, а на ны- 30 ходе компаратора 20 — с нижним граничным уровнем. При появлении импульса на выходе компаратора 19 происходит установка RS-триггера 25 в состояние "1 и сигнал с прямого выхода этого триггера поступает на первый вход элемента И 22. Этот же импульс через элемент ИЛИ 26 поступает на вход дешифратора 29 последовательности K+1 символа 0, дешифратора 30 40 последовательности К+1 символа "О, вход блока 28 выделения сигнала синхронизации и записывается н первую ячейку памяти сднигового регистра 31, содержащего К+2 ячеек памяти. Продви- 45 жение информации по сдниговому регистру 31, н дешифраторе 29 последовательности К-1 символа "0" и деши.фраторе 30 последовательности К+1 символа "0" осуществляется сигналом тактовой частоты с выхода блока 28 выделения сигнала синхронизации. При появлении на входе устройства через (К+1)-й тактовый интервал после импульса с нерхним граничным уровнем, импульса с нижним граничным уровнем на выходе компаратора 20 формируется сигнал, который после прохождения элемента И 22 и элемента ИЛИ 27

30 8 поступает HB первый вход элемента И 24 и устанавливает КБ-триггер 25 в положение "0". При этом на второй вход элемента И 24 поступает сигнал с выхода дешифратора 30, в результате чего поянляется импульс на входе установки символа "0" в первой ячейке сднигового регистра 31 и в эту ячейку записывается символ "0".

В случае поступления на вход устройства через К+1 тактовый интервал импульса с верхним граничным уровнем запись символа "О" в первую ячейку памяти сдвигоного регистра 31 осуществляется аналогично, но импульс с выхода компаратора 19 поступает на вход элемента И 24 через элемент И 21 и элемент ИЛИ 27. В дальнейшем при поступлении на вход устройства импульсов, которые разделены (К+!)-м тактовым интервалом и которые имеют различные уровни, процесс записи символа "0" н первую ячейку памяти сднигового регистра 31 повторяется аналогично.

При появлении на входе устройства импульсов с разными граничными уровнями при условии, что эти импульсы разделены (К-1)-м тактовым интервалом, сигнал на выходе дешифратора 30 последовательности K+1 символа "О" отсутствует, но формируется импульс на выходе дешифратора 29. При этом импульс с выхода элемента ИЛИ 27 проходит через элемент И 24 и поступает на вход установки символов в первых К ячейках памяти сдвигового регистра 31. В первую ячейку памяти этого регистра записывается символ

"1", а и следующих К-1 ячейках символы "О" заменяются символами "1 .

В результате этого в устройстве декодирования происходит восстановление последовательностей символов " 1" с числом символов п)К. Для импульсов входного сигнала с одинаковыми граничными уровнями, разделенных (К+1)-ми или (К вЂ” 1)-ми тактовыми интервалами, установка символа "0" или .символа

1 в первую ячейку и символов в следующие К-1 ячейки памяти сдвигоного регистра 31 не происходит из-за отсутствия сигнала на входах элемен-.à ИЛИ 27 (при повторном появлении импульса на выходе компаратора !9 отсутствует сигнал на втором нходе элемента И 21, а при повторном появлении импульса на выходе компарато9 f 297230 ра 20 — на первом входе элемента И 22).

В других случаях установка не проис- г ходит иэ-за отсутствия сигнала на л выходах дешифраторов 29 и 30.

Таким образом, данный способ без внесения избыточности, перехода к пе.редаче многоуровневого сигнала и введения блочной синхронизации на приеме обеспечивает повышение помехоустойчивости при высокой удельной скорости 10 передачи цифровой информации на основе уменьшения искажений сигнала из-эа низкочастотной межсимвольной интерференции и получения самосинхрониэации на приеме. 15 формула изобретения

1. Способ кодирования сигнала с частичным откликом для передачи циф- 20 ровой информации, заключающийся в кодировании каждого нулевого символа длительностью, равной такту Т, двухуровневым сигналом, уровень которого изменяется в середине такта, и кодировании единичных символов длительностью Т двухуровневым сигналом, уровень которого в пределах такта не меняется, отличающийся тем, что, с целью. повышения помехоустойчивости, кодирование последовательности и единичных символов длительностью пТ, для случая п>К, K=2i+3, =0,1,2..., начиная с середины второо до середины К-го такта, осущес .вяют изменением К раз уровня двухуровневого сигнала, после чего проверяют условие (и-К)Т>КТ и в случае его выполнения повторяют описанную процедуру j 1 раз (j=1,2...), до тех пор, пока условие (и-jK)T)KT не пере станет выполняться, после чего на оставшемся интервале длительностью (n-jK)T KT оставляют уровень двухуровневого сигнала неизменным, кодирование последовательности ш нулевых символов длительностью mT для случая

m)K+2 с середины первого до середины (K+1)-го такта осуществляют изменением

К+2 раз уровня двухуровневого сигнала, после чего проверяют условие (m— (K+2)j ° Т>(К+2)Т и в случае его выполнения повторяют описанную процедуру I-1 раз (Y=f ), до тех пор, пока условие 1 ш-У(К+2)1. Т)(К+2) Т не перестанет выполняться, после чего на оставшемся интервале длительностью

im-Т(К+2)1 Т <(K+2) Т изменяют уровень двухуровневого сигнала в середине каждого такта.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что изменения урот;-ня о двухуровневого сигнала, осуществляемые в случае выполнения условий (n — jK)T)KT или I m-Х(К+2)) Т)(К+2) Т, производят с интервалом от Т/2 до Т, 7 Р 7 7 0 00 0 0 0 1 О 1 7 1 7 7 Р О 7 7 2

1297230 ни1297230

Составитель О.Ревинский

Редактор Н.Швыдкая Техред A.Кравчук Корректор A.06py÷àp

Заказ 795/61 тираж 902 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, R-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4