Способы и системы передачи дискретной информации

 

Изобретение относится к способам и системам передачи дискретной информации, в частности к способам и системам передачи информации по трактам, включающим в себя каналы импульсно-кодовой модуляции и аналоговые линии. Достигаемый технический результат - увеличение скорости передачи данных по всему тракту до скорости передачи данных в канале ИКМ, независимо от качества реально используемых аналоговых линий связи. Указанный результат обеспечивается за счет того, что число уровней квантования отсчетов, передаваемых по аналоговой линии связи, выбирается минимально возможным для данной аналоговой линии связи, а при преобразовании полученного из аналоговой линии связи сигнала в канальный сигнал ИКМ уменьшают частоту дискретизации этого сигнала пропорционально отношению числа уровней квантования отсчетов, передаваемых по каналу ИКМ, к числу уровней квантования отсчетов, передаваемых по аналоговой линии связи. Отмеченное достигается с помощью сдвигового регистра, предназначенного для последовательной записи двоичных отсчетов из двунаправленной аналоговой линии связи с частотой дискретизации этой двунаправленной аналоговой линии связи и для параллельного считывания содержимого этого сдвигового регистра с частотой дискретизации канала ИКМ. Система передачи дискретной информации содержит последовательно соединенные модулятор, аналоговую линию связи, прямой преобразователь, канал импульсно-кодовой модуляции (ИКМ), обратный преобразователь, другую аналоговую линию связи, демодулятор. 4 с. и 8 з.п.ф-лы, 4 ил.

Область изобретения

Данное изобретение относится к способам и системам передачи дискретной информации, в частности к способам и системам передачи информации по трактам, включающим в себя каналы импульсно-кодовой модуляции и аналоговые линии.

Существующий уровень техники

В настоящее время серьезной проблемой является повышение скорости передачи информации по трактам, состоящим из линий связи разной природы. Как правило, тракт передачи информации состоит из канала импульсно-кодовой модуляции (ИКМ), соединяющего автоматические телефонные станции (АТС), которые соединяются с модемами конечных пользователей аналоговыми линиями связи. Такая аналоговая (как правило, телефонная) линия связи получила специфическое наименование "последняя миля".

Обычный канал ИКМ имеет полосу пропускания 4 кГц и может передавать восьмиразрядный сигнал, что эквивалентно скорости передачи 64 кбит/с. Аналоговая же линия связи "последней мили" передает сигнал, занимающий полосу частот не более 3,1 кГц, и обеспечивает, в зависимости от вида используемой модуляции, скорость передачи 300-14400 бит/с при отношении сигнал/шум 20-25 дБ.

Соотношение скорости С передачи информации по линии (каналу) связи с полосой П пропускания линии (канала) связи, мощностью РС передаваемого сигнала и мощностью РП помехи в линии (канале) связи определяется формулой Шеннона:

Для аналоговой линии связи с полосой пропускания П=4 кГц и соотношением мощности РС сигнала к мощности РП помехи (отношение сигнал/помеха) 42 дБ скорость передачи информации С=55,9 кбит/с. Данное отношение выведено для идеального случая, на практике же необходим запас в 7-8 дБ, т.е. отношение сигнал-помеха будет примерно 50 дБ. Однако аналоговые реальные линии связи имеют отношение сигнал/помеха примерно 10-20 дБ, что дает по формуле (1) скорость С=15-30 кбит/с.

Известны способ и система дуплексной передачи дискретной информации по каналу ИКМ, обеспечивающие передачу данных от канала ИКМ к модему конечного пользователя со скоростью 56 кбит/с, но в обратном направлении скорость передачи данных в этом способе не превышает 33,6 кбит/с [Э.Б. Минкин. Анатомия модемных "56К-технологий". // Сети и системы связи. 1997, №8, стр. 54-61 и №9, стр. 78-87].

Недостатки указанных ближайших аналогов состоят в невозможности повысить пропускную способность тракта передачи вследствие того, что полоса пропускания аналоговых линий связи традиционно выбирается равной полосе пропускания канала ИКМ, т.е. 4 кГц.

Наиболее близким аналогом является способ дуплексной передачи дискретной информации по связному тракту, содержащему двунаправленный канал ИКМ, каждый конец которого переходит в соответствующую двунаправленную аналоговую линию связи, заключающийся в том, что преобразуют отсчеты подлежащего передаче дискретного сигнала к виду, пригодному для передачи по двунаправленной аналоговой линии связи; передают преобразованные отсчеты сигнала по аналоговой линии связи к каналу ИКМ; преобразуют полученный из аналоговой линии связи сигнал в канальный сигнал ИКМ; передают канальный сигнал ИКМ по упомянутому каналу ИКМ; осуществляют обратное преобразование канальных сигналов после их прохождения по каналу ИКМ; передают преобразованные канальные сигналы по другой двунаправленной аналоговой линии связи; выделяют сигналы, переданные по другой двунаправленной аналоговой линии связи, и преобразуют их в дискретные отсчеты [заявка РСТ WO № 01/99364, Н 04 L 27/26, 27.12.2001].

Способ дуплексной передачи по одному тракту можно представить себе как независимую передачу сигналов в противоположных направлениях по двум виртуальным трактам. Тогда можно считать, что из того же источника [WO 01/99364 А1] известен способ передачи дискретной информации по связному тракту, содержащему в направлении распространения сигнала по меньшей мере аналоговую линию связи и канал ИКМ, заключающийся в том, что преобразуют отсчеты подлежащего передаче дискретного сигнала к виду, пригодному для передачи по аналоговой линии связи; передают преобразованные отсчеты сигнала по аналоговой линии связи к каналу ИКМ; преобразуют полученный из аналоговой линии связи сигнал в канальный сигнал ИКМ; передают канальный сигнал ИКМ по упомянутому каналу ИКМ.

Способ дуплексной передачи реализуется с помощью системы дуплексной передачи дискретной информации, содержащей последовательно соединенные первый модем, первую двунаправленную аналоговую линию связи, первый преобразователь, двунаправленный канал ИКМ, второй преобразователь, вторую двунаправленную аналоговую линию связи и второй модем [WO 01/99364 А1].

Способ же передачи дискретной информации по связному тракту, содержащему в направлении распространения сигнала по меньшей мере аналоговую линию связи и канал ИКМ, можно реализовать с помощью системы передачи дискретной информации, содержащей последовательно соединенные модулятор, аналоговую линию связи, прямой преобразователь и канал ИКМ [WO 01/99364 А1].

В указанном источнике, равно как и в параллельно поданной заявке РСТ WO № 01/99365, описаны способ и система передачи дискретной информации для использования в сетях для скорости передачи данных 64 кбит/с при отношении сигнал/шум в телефонной линии 10 дБ при передаче от абонента к оборудованию ИКМ. Однако анализ обеих этих заявок РСТ показывает, что для реализации указанной скорости передачи данных используется преобразование информационного сигнала в восемь низкочастотных каналов, каждый из которых занимает полосу от 0 до 4 кГц, причем полосы всех восьми каналов разносятся на разные частоты, чтобы все каналы в итоге занимали полосу 32 кГц. На практике из-за конечного затухания разделительных фильтров и необходимости обеспечения требуемой развязки между каналами суммарная полоса всех восьми каналов окажется больше 32 кГц; в противном случае придется сокращать полосу, занимаемую каждым каналом, что приведет к искажениям передаваемого сигнала.

Сущность изобретения

Цель настоящего изобретения состоит в разработке таких способов и систем передачи дискретной информации, которые позволили бы получить технический результат, состоящий в реальном увеличении скорости передачи данных по всему тракту до скорости передачи данных в канале ИКМ, независимо от качества реально используемых аналоговых линий связи.

Этот технический результат достигается в способе передачи дискретной информации по связному тракту, содержащему в направлении распространения сигнала по меньшей мере аналоговую линию связи и канал импульсно-кодовой модуляции (ИКМ), заключающемся в том, что преобразуют отсчеты подлежащего передаче дискретного сигнала к виду, пригодному для передачи по аналоговой линии связи; передают преобразованные отсчеты сигнала по аналоговой линии связи к каналу ИКМ; преобразуют полученный из аналоговой линии связи сигнал в канальный сигнал ИКМ; передают канальный сигнал ИКМ по упомянутому каналу ИКМ, за счет того, что, согласно первому аспекту настоящего изобретения, выбирают спектр сигнала, передаваемого по аналоговой линии связи, таким, чтобы скорость передачи информации по упомянутой аналоговой линии связи равнялась скорости передачи информации по каналу ИКМ, а число уровней квантования отсчетов, передаваемых по аналоговой линии связи, было минимально возможным для данной аналоговой линии связи; а при преобразовании полученного из аналоговой линии связи сигнала в канальный сигнал ИКМ уменьшают частоту дискретизации этого сигнала пропорционально отношению числа уровней квантования отсчетов, передаваемых по каналу ИКМ, к числу уровней квантования отсчетов, передаваемых по аналоговой линии связи.

Особенностью данного способа является то, что, при наличии в связном тракте в направлении распространения сигнала другой аналоговой линии связи после канала ИКМ, осуществляют обратное преобразование канальных сигналов после их прохождения по каналу ИКМ, заключающееся в снижении числа уровней квантования отсчетов из канала ИКМ до минимально возможного для данной аналоговой линии связи и в пропорциональном увеличении частоты дискретизации, чтобы скорость передачи информации по упомянутой другой аналоговой линии связи равнялась скорости передачи информации по каналу ИКМ.

В частности, для канала ИКМ со скоростью передачи информации 64 кбит/с и шириной полосы пропускания 4 кГц выбирают спектр сигнала, передаваемого по любой аналоговой линии связи, равным 32 кГц, а число уровней квантования отсчетов, передаваемых по этой аналоговой линии связи, выбирают равным двум.

Тот же технический результат достигается в системе передачи дискретной информации, содержащей последовательно соединенные модулятор, аналоговую линию связи, прямой преобразователь и канал импульсно-кодовой модуляции (ИКМ), за счет того, что, согласно второму аспекту настоящего изобретения, спектр сигнала, передаваемого по аналоговой линии связи, выбирается таким, чтобы скорость передачи информации по упомянутой аналоговой линии связи равнялась скорости передачи информации по каналу ИКМ; модулятор обеспечивает модуляцию несущей в аналоговой линии связи с минимально возможным для данной аналоговой линии связи числом уровней квантования отсчетов, передаваемых по этой аналоговой линии связи; а прямой преобразователь обеспечивает преобразование полученного из аналоговой линии связи сигнала в канальный сигнал ИКМ с уменьшением частоты дискретизации этого сигнала пропорционально отношению числа уровней квантования отсчетов, передаваемых по каналу ИКМ, к числу уровней квантования отсчетов, передаваемых по аналоговой линии связи.

Особенностью данной системы является то, что к выходу канала ИКМ могут быть подключены последовательно соединенные обратный преобразователь, другая аналоговая линия связи и демодулятор, при этом обратный преобразователь обеспечивает снижение числа уровней квантования отсчетов из канала ИКМ до минимально возможного для другой аналоговой линии связи и пропорциональное увеличение частоты дискретизации, чтобы скорость передачи информации по упомянутой другой аналоговой линии связи равнялась скорости передачи информации по каналу ИКМ, а демодулятор обеспечивает демодуляцию сигналов, переданных по упомянутой другой аналоговой линии связи, в дискретные отсчеты.

В частности, для канала ИКМ со скоростью передачи информации 64 кбит/с и шириной полосы пропускания 4 кГц спектр сигнала, передаваемого по любой аналоговой линии связи, равен 32 кГц, а число уровней квантования отсчетов, передаваемых по этой аналоговой линии связи, равно двум.

Тот же технический результат достигается в способе дуплексной передачи дискретной информации по связному тракту, содержащему двунаправленный канал импульсно-кодовой модуляции (ИКМ), каждый конец которого переходит в соответствующую двунаправленную аналоговую линию связи, заключающемся в том, что преобразуют отсчеты подлежащего передаче дискретного сигнала к виду, пригодному для передачи по двунаправленной аналоговой линии связи; передают преобразованные отсчеты сигнала по аналоговой линии связи к каналу ИКМ; преобразуют полученный из аналоговой линии связи сигнал в канальный сигнал ИКМ; передают канальный сигнал ИКМ по упомянутому каналу ИКМ; осуществляют обратное преобразование канальных сигналов после их прохождения по каналу ИКМ; передают преобразованные канальные сигналы по другой двунаправленной аналоговой линии связи; выделяют сигналы, переданные по другой двунаправленной аналоговой линии связи, и преобразуют их в дискретные отсчеты, за счет того, что, согласно третьему аспекту настоящего изобретения, выбирают спектр сигнала, передаваемого по каждой двунаправленной аналоговой линии связи, таким, чтобы скорость передачи информации по этой двунаправленной аналоговой линии связи равнялась скорости передачи информации по каналу ИКМ, а число уровней квантования отсчетов, передаваемых по двунаправленной аналоговой линии связи, было минимально возможным для данной двунаправленной аналоговой линии связи; при преобразовании полученного из двунаправленной аналоговой линии связи сигнала в канальный сигнал ИКМ уменьшают частоту дискретизации этого сигнала пропорционально отношению числа уровней квантования отсчетов, передаваемых по каналу ИКМ, к числу уровней квантования отсчетов, передаваемых по двунаправленной аналоговой линии связи, а при преобразовании полученного из канала ИКМ канального сигнала в сигнал для двунаправленной аналоговой линии связи осуществляют такое же по величине повышение частоты дискретизации этого сигнала.

В частности, для двунаправленного канала ИКМ со скоростью передачи информации 64 кбит/с и шириной полосы пропускания 4 кГц выбирают спектр сигнала, передаваемого по любой двунаправленной аналоговой линии связи, равным 32 кГц, а число уровней квантования отсчетов, передаваемых по этой двунаправленной аналоговой линии связи, выбирают равным двум.

Тот же технический результат достигается в системе дуплексной передачи дискретной информации, содержащей последовательно соединенные первый модем, первую двунаправленную аналоговую линию связи, первый преобразователь, двунаправленный канал импульсно-кодовой модуляции (ИКМ), второй преобразователь, вторую двунаправленную аналоговую линию связи и второй модем, за счет того, что, согласно четвертому аспекту настоящего изобретения, спектр сигнала, передаваемого по каждой двунаправленной аналоговой линии связи, выбирается таким, чтобы скорость передачи информации по упомянутой двунаправленной аналоговой линии связи равнялась скорости передачи информации по двунаправленному каналу ИКМ; каждый модем обеспечивает модуляцию несущей в двунаправленной аналоговой линии связи с минимально возможным для данной двунаправленной аналоговой линии связи числом уровней квантования отсчетов, передаваемых по этой двунаправленной аналоговой линии связи, и обеспечивает демодуляцию сигналов, переданных по упомянутой двунаправленной аналоговой линии связи, в дискретные отсчеты; каждый преобразователь обеспечивает преобразование полученного из двунаправленной аналоговой линии связи сигнала в канальный сигнал ИКМ с уменьшением частоты дискретизации этого сигнала пропорционально отношению числа уровней квантования отсчетов, передаваемых по каналу ИКМ, к числу уровней квантования отсчетов, передаваемых по двунаправленной аналоговой линии связи, и обеспечивает снижение числа уровней квантования отсчетов из канала ИКМ до минимально возможного для двунаправленной аналоговой линии связи и пропорциональное увеличение частоты дискретизации, чтобы скорость передачи информации по упомянутой двунаправленной аналоговой линии связи равнялась скорости передачи информации по каналу ИКМ.

В частности, для двунаправленного канала ИКМ со скоростью передачи информации 64 кбит/с и шириной полосы пропускания 4 кГц спектр сигнала, передаваемого по любой двунаправленной аналоговой линии связи, равен 32 кГц, а число уровней квантования отсчетов, передаваемых по этой двунаправленной аналоговой линии связи, равно двум.

Особенностью такой системы является то, что каждый из первого и второго преобразователей содержит блок прямого преобразования в ИКМ, блок обратного преобразования из ИКМ и дифференциальный блок, объединенный вход-выход которого служит для приема сигналов из двунаправленной аналоговой линии связи и для передачи сигналов в двунаправленную аналоговую линию связи, раздельный выход дифференциального блока соединен со входом блока прямого преобразования в ИКМ, выход которого служит для передачи канального сигнала ИКМ в двунаправленный канал ИКМ, а раздельный вход дифференциального блока подключен к выходу блока обратного преобразования из ИКМ, вход которого служит для приема канального сигнала ИКМ из двунаправленного канала ИКМ.

Дополнительной особенностью данной системы является то, что блок прямого преобразования ИКМ выполнен в виде сдвигового регистра, предназначенного для последовательной записи двоичных отсчетов из двунаправленной аналоговой линии связи с частотой дискретизации этой двунаправленной аналоговой линии связи и для параллельного считывания содержимого этого сдвигового регистра с частотой дискретизации канала ИКМ, а блок обратного преобразования из ИКМ выполнен в виде сдвигового регистра, предназначенного для параллельной записи отсчетов канального сигнала ИКМ с частотой дискретизации канала ИКМ и для последовательного считывания двоичных отсчетов из этого сдвигового регистра с частотой дискретизации двунаправленной аналоговой линии связи.

Краткое описание чертежей

На прилагаемых чертежах одинаковые элементы обозначаются одними и теми же ссылочными позициями.

Фиг.1 иллюстрирует общую схему тракта связи, включающего в себя канал ИКМ и аналоговые линии связи в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.2 представляет общую схему дуплексного тракта связи, включающего в себя канал ИКМ и аналоговые линии связи в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг.3 иллюстрирует представление дуплексного тракта связи в виде двух виртуальных однонаправленных трактов.

Фиг.4 представляет функциональную схему преобразователя с блоками прямого преобразования в ИКМ и обратного преобразования из ИКМ в соответствии с настоящим изобретением.

Подробное описание изобретения

На фиг.1 показана блок-схема обычного тракта связи, включающего в себя модулятор 1, первую аналоговую линию 2 связи, прямой преобразователь 3, канал 4 импульсно-кодовой модуляции (ИКМ), обратный преобразователь 5, вторую аналоговую линию 6 связи и демодулятор 7. В качестве модулятора 1 и демодулятора 7 могут использоваться любые известные или разрабатываемые модемы, позволяющие осуществлять как преобразование дискретных сигналов в сигналы, пригодные для передачи по аналоговой линии связи, так и обратное преобразование. Примеры таких модемов можно найти в указанной выше статье Э.Б. Минкина. Первая и вторая аналоговые линии 2 и 6 - это, например, обычные телефонные линии (проводные или оптоволоконные), а также любые иные линии связи, пригодные для передачи аналоговых сигналов. Их примеры можно найти в книге О.М. Денисьева, Д.Г. Мирошников. Средства связи для последней мили. - М.: Эко-Трендз-НТЦ НАТЕКС, 1999, стр. 21-29. Прямой преобразователь 3 и обратный преобразователь 5 подробно описываются ниже. Их назначение состоит в том, чтобы преобразовать, соответственно, аналоговые сигналы из линии 2 связи в канальный сигнал ИКМ и обратно. Канал 4 ИКМ представляет собой стандартное оборудование для передачи импульсно-кодово-модулированных сигналов. Пример канала ИКМ можно найти в упомянутой статье Э.Б. Минкина.

На вход модулятора 1 поступает подлежащий передаче дискретный сигнал 8. Примером такого дискретного сигнала являются цифровые данные, получаемые от компьютера, - например электронное сообщение. С выхода демодулятора 7 выдается дискретный сигнал 9, который представляет собой копию сигнала, поступившего на вход модулятора 1. Конкретные преобразования сигналов 8 в сигналы 9, являющиеся стандартными, описаны в упомянутой выше статье Э.Б. Минкина, а потому их подробное описание здесь не приводится.

Показанный на фиг.1 тракт может быть укорочен в том случае, если цифровой сигнал с выхода канала 4 ИКМ подается сразу потребителю, минуя вторую аналоговую линию 6 связи. В этом случае в схеме по фиг.1 следует исключить блоки 5-7.

На фиг.2 показана общая блок-схема дуплексного тракта связи, включающего в себя частично те же самые компоненты, что и блок-схема на фиг.1, однако в данном случае некоторые из этих компонентов имеют более сложное выполнение, описанное ниже. Новыми по сравнению с фиг.1 в этом дуплексном тракте связи являются первый модем 21 и второй модем 27, включенные на место прежних соответственно модулятора 1 и демодулятора 7, а также первый преобразователь 23 и второй преобразователь 25, включенные в тракт между одноименными аналоговыми линиями 2 и 6 связи и каналом 4 ИКМ вместо прямого преобразователя 3 и обратного преобразователя 5 на фиг.1.

Каждый из первого и второго модемов 21, 27 и каждый из первого и второго преобразователей 23 и 25 содержит дифференциальный блок 10. Назначение этого блока 10 состоит в том, чтобы разделять сигналы прямого и обратного каналов, передаваемые по аналоговой линии связи (2 или 6). Вход-выход дифференциального блока 10 подключен к соответствующему концу аналоговой линии связи (2 или 6). Как правило, передача сигналов по одной и той же линии в противоположных направлениях осуществляется путем разнесения этих сигналов по частоте так, чтобы спектр одного из передаваемых по этой линии связи сигнала не перекрывал спектр сигнала, передаваемого по этой же линии связи в обратном направлении. Соответственно, дифференциальные блоки 10 осуществляют требуемый сдвиг по частоте передаваемых сигналов. Примеры дифференциальных блоков можно найти в упомянутой книге О.М. Денисьевой и Д.Г. Мирошникова.

Помимо дифференциального блока 10 каждый модем 21 или 27 содержит модулятор 1 и демодулятор 7. Модулятор 1, как и в схеме по фиг.1, предназначен для преобразования отсчетов поступающего дискретного сигнала 8 в соответствующие сигналы, передаваемые по аналоговой линии (2 или 6) связи. Демодулятор 7, как и в схеме по фиг.1, предназначен для преобразования передаваемых по аналоговой линии связи (2 или 6) сигналов в отсчеты выходного дискретного сигнала 9. Выход каждого модулятора 1 соединен со входом соответствующего дифференциального блока 10, выход которого подключен ко входу соответствующего демодулятора 7 в том же модеме 21 или 27. Конкретный вид модуляторов 1 и демодуляторов 7 определяется видом используемой модуляции, в качестве которой могут быть применены такие виды модуляции, как четырехпозиционная фазовая манипуляция (4ФМн) или шестнадцатеричная квадратурная амплитудная модуляция (16КАМ), описанные, к примеру, в книге В.Л. Банкет, В.М. Дорофеев. Цифровые методы в спутниковой связи. - М.: Радио и связь, 1988, стр. 36-45. Конкретное выполнение дифференциальных блоков 10, модуляторов 1 и демодуляторов 7 не входит в объем патентных притязаний по настоящему изобретению.

Первый преобразователь 23 содержит помимо дифференциального блока 10 еще блок 24 прямого преобразования в ИКМ и блок 42 обратного преобразования из ИКМ. Назначение блока 24 прямого преобразования в ИКМ соответствует назначению прямого преобразователя 3 на фиг.1, а назначение блока 42 обратного преобразования из ИКМ соответствует назначению обратного преобразователя 5 на фиг.1. Второй преобразователь 25 содержит помимо дифференциального блока 10 еще блок 64 прямого преобразования в ИКМ, аналогичный блоку 24 в первом преобразователе 23, и блок 46 обратного преобразования из ИКМ, аналогичный блоку 42 в первом преобразователе 23. На входы блоков 42 и 46 обратного преобразования из ИКМ поступают соответствующие сигналы ИКМ из канала 4 ИКМ. Выход каждого из блоков 42 и 46 обратного преобразования из ИКМ соединен со входом дифференциального блока 10 в соответствующем преобразователе 23 или 25, а выход этого дифференциального блока 10 подключен ко входу соответствующего блока 24 или 64 прямого преобразования в ИКМ в том же преобразователе 23 или 25. С выхода каждого из блоков 24 или 64 прямого преобразования в ИКМ в канал 4 ИКМ поступают сигналы ИКМ. Конкретное выполнение блоков 24, 42, 46 и 64 раскрыто далее на фиг 4.

Фиг.3 поясняет представление дуплексного тракта связи в виде двух виртуальных однонаправленных трактов. На этой схеме условно показаны две линии связи, образующиеся при работе дуплексного (двунаправленного) тракта по фиг.2. На фиг.3, в отличие от фиг.2, каждая из аналоговых линий 2 и 6 связи и канал 4 ИКМ представлены в виде двух блоков: соответственно 2.1 и 2.2, 4.1 и 4.2, 6.1 и 6.2, где цифры после точки указывают на принадлежность данного блока к первому (прямому) или второму (обратному) трактам. Такое представление дуплексного тракта связи в виде двух виртуальных однонаправленных трактов, осуществляющих передачу в противоположных направлениях, наглядно показывает, что в случае дуплексного тракта передачи имеет место удвоение тракта связи, представленного на фиг.1. Поэтому, принимая во внимание, что передача сигналов в противоположных направлениях происходит в разных (не перекрывающихся) частотных полосах благодаря наличию дифференциальных блоков 10, можно считать, что каждый виртуальный однонаправленный тракт по фиг.3 работает в точности так же, как однонаправленный тракт по фиг.1.

На фиг.4 показана функциональная схема первого (для определенности) преобразователя 23 с блоками 24 прямого преобразования в ИКМ и 42 обратного преобразования из ИКМ в соответствии с настоящим изобретением. Выполнение второго преобразователя 25 аналогично показанному на фиг.4 с заменой блока 24 на блок 64, а блока 42 на блок 46.

Как видно из фиг.4, блок 24 прямого преобразования в ИКМ представляет собой сдвиговый регистр, последовательный вход которого подключен к выходу дифференциального блока 10.23, а параллельные выходы соединены с соответствующими входами канала 4 ИКМ. Блок 42 обратного преобразования из ИКМ также представляет собой сдвиговый регистр, параллельные входы которого подключены к соответствующим выходам канала 4 ИКМ, а последовательный выход соединен со входом дифференциального блока 10.23. Следует отметить, что вопросы тактирования и синхронизации не входят в объем притязаний данного изобретения, т.к. они решаются любыми известными методами (например, описанными в упомянутой книге В.Л. Банкета и В.М. Дорофеева).

Длина сдвиговых регистров, используемых в качестве блоков 24 и 42 в преобразователе 23 (соответственно 64 и 46 в преобразователе 25), выбирается равной разрядности сигнала ИКМ. В стандартных системах ИКМ сигнал имеет 8 разрядов, поэтому и регистры блоков 24, 42, 64 и 46 имеют длину 8 ступеней. Однако при необходимости длина этих сдвиговых регистров может быть выбрана любой необходимой величины.

В процессе работы сдвиговый регистр блока 24 принимает последовательно поступающие на него отсчеты с линии 2 связи (с дифференциального блока 10.23 на фиг.2 или с линии 2.1 на фиг.3). По заполнении сдвигового регистра происходит передача его содержимого параллельно в канал 4 ИКМ. Таким образом, сдвиговый регистр блока 24 осуществляет, во-первых, последовательно-параллельное преобразование отсчетов, приходящих из линии 2 связи, в сигналы ИКМ, а во-вторых, уменьшение частоты дискретизации передаваемого сигнала. Сдвиговый регистр блока 42 выполняет обратное преобразование, т.е., во-первых, осуществляет параллельно-последовательное преобразование сигнала ИКМ в сигнал для аналоговой линии, а во-вторых, увеличение частоты дискретизации передаваемого сигнала.

Следует отметить, что отличием настоящего изобретения от известных аналогов является соответствующий взаимоувязанный выбор спектра сигнала, передаваемого по аналоговой линии связи, и соотношения частот дискретизации в аналоговой линии связи и канале ИКМ. Как отмечено ранее, в аналоговых линиях связи сигналы подвергаются воздействию помех. Поэтому желательно обеспечить передачу по аналоговой линии связи с помощью таких сигналов, помехоустойчивость которых максимальна. Этого можно достичь, если снизить число уровней квантования отсчетов, передаваемых по аналоговой линии связи, до минимально возможного. Напомним, что по аналоговой линии связи могут передаваться цифровые сигналы при использовании специальных видов модуляции, например 4ФМн или 16КАМ, в которых каждому возможному отсчету цифрового сигнала соответствует непрерывный сигнал с заданной частотой и фазой. Количество этих заранее заданных сигналов и определяет число уровней квантования сигнала, передаваемого по аналоговой линии связи. Очевидно, что минимально возможным числом уровней квантования будет 2, когда передача ведется с помощью двухуровневого (т.е. двоичного) сигнала. При этом разность между уровнями квантования будет максимальна, что обеспечит наилучшую различимость уровней принимаемого сигнала даже при наличии помех.

Таким образом, целесообразно выбрать число уровней квантования для сигнала, передаваемого по аналоговой линии связи, равным двум. При этом спектр сигнала, передаваемого по аналоговой линии связи, следует выбрать таким, чтобы скорость передачи этого сигнала по аналоговой линии связи равнялась скорости передачи сигналов по каналу ИКМ. При этом следует выбрать такое же соотношение частот дискретизации сигналов в аналоговой линии связи и в канале ИКМ, как и соотношение числа уровней квантования сигналов в канале ИКМ и в аналоговой линии связи. Например, если сигнал в канале ИКМ имеет 8 двоичных разрядов, а в аналоговой линии связи передается двухуровневый сигнал, то частота дискретизации сигнала в аналоговой линии связи должна быть в 8 раз выше частоты дискретизации сигнала в канале ИКМ. Именно такой случай и рассмотрен выше в связи с фиг.4.

При этом следует выбрать спектр сигнала, передаваемого по аналоговой линии связи, таким, чтобы скорость передачи информации по этой аналоговой линии связи равнялась скорости передачи информации по каналу ИКМ. Учитывая, что ширина полосы пропускания канала ИКМ равна 4 кГц, а скорость передачи для 8-уровневого сигнала составляет 64 кбит/с, спектр двухуровневого сигнала, передаваемого по аналоговой линии связи, должен быть равен 32 кГц, тогда скорость передачи информации по аналоговой линии связи также будет равна 64 кбит/с.

Если же по каким-то соображениям в аналоговой линии связи необходимо использовать сигнал с большим числом уровней квантования, нужно соответственно изменить ширину его спектра и упомянутое соотношение частот дискретизации. То же самое следует сделать и в том случае, если в канале ИКМ будет использоваться сигнал не с 8 уровнями, а с иным их числом. При этом сигнал в аналоговой линии связи будет уже не двоичным, поэтому сдвиговые регистры в блоках 24, 42, 64 и 46 также будут содержать не двоичные ступени. Например, если в аналоговой линии связи используются четырехуровневые сигналы, дифференциальный блок 10 будет обеспечивать еще и преобразование этих сигналов в двухразрядные кодовые слова, которые в этом случае в качестве отсчетов будут поступать из аналоговой линии связи на последовательные входы сдвигового регистра в блоке 24 (фиг.4). В свою очередь, каждая ступень сдвигового регистра будет выполнена для этого случая из двухразрядного параллельного регистра, а параллельными выходами сдвигового регистра в этом случае будут выходы всех двухразрядных ступеней. В случае 8-уровневого сигнала в канале ИКМ таких двухразрядных ступеней в сдвиговом регистре блока 24 будет 4. Сдвиговый регистр в блоке 42 будет иметь такое же выполнение, но его параллельными входами будут служить входы всех двухразрядных ступеней, а последовательным выходом - выходы последней двухразрядной ступени.

Таким образом, согласование спектра сигнала, передаваемого по аналоговой линии связи (а не полосы пропускания этой аналоговой линии связи), с полосой пропускания канала ИКМ позволяет поднять скорость передачи дискретной информации по тракту, содержащему аналоговую линию связи наряду с каналом ИКМ, до скорости передачи информации по этому каналу ИКМ. При этом число уровней квантования отсчетов, передаваемых по аналоговой линии связи, выбирают минимально возможным для данной аналоговой линии связи, а частоту дискретизации этого сигнала при его преобразовании в канальный сигнал ИКМ уменьшают пропорционально отношению числа уровней квантования отсчетов, передаваемых по каналу ИКМ, к числу уровней квантования отсчетов, передаваемых по аналоговой линии связи.

Для существующих каналов ИКМ скорость передачи информации составляет 64 кбит/с, что для восьмиразрядного сигнала соответствует 4 кГц. Если спектр двухуровневого сигнала, передаваемого по аналоговой линии связи, выбирается равным 32 кГц, то из уравнения (1) получим, что отношение сигнал/помеха, при котором достигается скорость передачи информации 64 кбит/с, составляет 4,8 дБ (реально будет 7-8 дБ). Учитывая, что обычная телефонная линия (т.е. аналоговая линия связи) должна иметь по норме отношение сигнал/помеха не хуже 38-40 дБ для сигнала в полосе от 300 Гц до 3,4 кГц, получим, что расширение спектра сигнала до 32 кГц (т.е. примерно в 10 раз) позволяет снизить эту норму до 28-30 дБ. Следовательно, существующие телефонные линии связи при использовании их в качестве аналоговых линий связи "последней мили" позволяют обеспечить пропускную способность тракта, содержащего такие линии связи наряду с каналом ИКМ, равную пропускной способности этого канала ИКМ.

Промышленная применимость

Данное изобретение может использоваться в технике связи, когда тракт передачи информации содержит по меньшей мере аналоговую линию связи и канал ИКМ. При этом предложенный способ обеспечивает повышение пропускной способности тракта до пропускной способности канала ИКМ независимо от качества используемых аналоговых линий связи в качестве "последней мили".

Хотя настоящее изобретение описано со ссылкой на конкретный пример его реализации, этот пример никоим образом не ограничивает объема патентных притязаний, который определяется прилагаемой формулой изобретения с учетом использования возможных эквивалентов.

Формула изобретения

1. Способ передачи дискретной информации по связному тракту, содержащему в направлении распространения сигнала по меньшей мере аналоговую линию связи и канал импульсно-кодовой модуляции (ИКМ), заключающийся в том, что преобразуют отсчеты подлежащего передаче дискретного сигнала к виду, пригодному для передачи по аналоговой линии связи, передают преобразованные отсчеты сигнала по аналоговой линии связи к каналу ИКМ, преобразуют полученный из аналоговой линии связи сигнал в канальный сигнал ИКМ, передают канальный сигнал ИКМ по упомянутому каналу ИКМ, отличающийся тем, что выбирают спектр сигнала, передаваемого по аналоговой линии связи, таким, чтобы скорость передачи информации по упомянутой аналоговой линии связи равнялась скорости передачи информации по каналу ИКМ, а число уровней квантования отсчетов, передаваемых по аналоговой линии связи, было минимально возможным для данной аналоговой линии связи, при преобразовании полученного из аналоговой линии связи сигнала в канальный сигнал ИКМ уменьшают частоту дискретизации этого сигнала пропорционально отношению числа уровней квантования отсчетов, передаваемых по каналу ИКМ, к числу уровней квантования отсчетов, передаваемых по аналоговой линии связи.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при наличии в связном тракте в направлении распространения сигнала другой аналоговой линии связи после канала ИКМ осуществляют обратное преобразование канальных сигналов после их прохождения по каналу ИКМ, заключающееся в снижении числа уровней квантования отсчетов из канала ИКМ до минимально возможного для данной аналоговой линии связи и в пропорциональном увеличении частоты дискретизации, чтобы скорость передачи информации по упомянутой другой аналоговой линии связи равнялась скорости передачи информации по каналу ИКМ.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что для канала ИКМ со скоростью передачи информации 64 кбит/с и шириной полосы пропускания 4 кГц выбирают спектр сигнала, передаваемого по любой аналоговой линии связи, равным 32 кГц, а число уровней квантования отсчетов, передаваемых по этой аналоговой линии связи, равным двум.

4. Система передачи дискретной информации, содержащая последовательно соединенные модулятор, аналоговую линию связи, прямой преобразователь и канал импульсно-кодовой модуляции (ИКМ), отличающаяся тем, что спектр сигнала, передаваемого по аналоговой линии связи, выбирается таким, чтобы скорость передачи информации по упомянутой аналоговой линии связи равнялась скорости передачи информации по каналу ИКМ, модулятор обеспечивает модуляцию несущей в аналоговой линии связи с минимально возможным для данной аналоговой линии связи числом уровней квантования отсчетов, передаваемых по этой аналоговой линии связи, прямой преобразователь обеспечивает преобразование полученного из аналоговой линии связи сигнала в канальный сигнал ИКМ с уменьшением частоты дискретизации этого сигнала пропорционально отношению числа уровней квантования отсчетов, передаваемых по каналу ИКМ, к числу уровней квантования отсчетов, передаваемых по аналоговой линии связи.

5. Система по п.4, отличающаяся тем, что к выходу канала ИКМ подключены последовательно соединенные обратный преобразователь, другая аналоговая линия связи и демодулятор, при этом обратный преобразователь обеспечивает снижение числа уровней квантования отсчетов из канала ИКМ до минимально возможного для другой аналоговой линии связи и пропорциональное увеличение частоты дискретизации, чтобы скорость передачи информации по упомянутой другой аналоговой линии связи равнялась скорости передачи информации по каналу ИКМ, демодулятор обеспечивает демодуляцию сигналов, переданных по упомянутой другой аналоговой линии связи, в дискретные отсчеты.

6. Система по п.4 или 5, отличающаяся тем, что для канала ИКМ со скоростью передачи информации 64 кбит/с и шириной полосы пропускания 4 кГц спектр сигнала, передаваемого по любой аналоговой линии связи, равен 32 кГц, а число уровней квантования отсчетов, передаваемых по этой аналоговой линии связи, равно двум.

7. Способ дуплексной передачи дискретной информации по связному тракту, содержащему двунаправленный канал импульсно-кодовой модуляции (ИКМ), каждый конец которого переходит в соответствующую двунаправленную аналоговую линию связи, заключающийся в том, что преобразуют отсчеты подлежащего передаче дискретного сигнала к виду, пригодному для передачи по двунаправленной аналоговой линии связи, передают преобразованные отсчеты сигнала по аналоговой линии связи к каналу ИКМ, преобразуют полученный из аналоговой линии связи сигнал в канальный сигнал ИКМ, передают канальный сигнал ИКМ по упомянутому каналу ИКМ, осуществляют обратное преобразование канальных сигналов после их прохождения по каналу ИКМ, передают преобразованные канальные сигналы по другой двунаправленной аналоговой линии связи, выделяют сигналы, переданные по другой двунаправленной аналоговой линии связи, и преобразуют их в дискретные отсчеты, отличающийся тем, что выбирают спектр сигнала, передаваемого по каждой двунаправленной аналоговой линии связи, таким, чтобы скорость передачи информации по этой двунаправленной аналоговой линии связи равнялась скорости передачи информации по каналу ИКМ, а число уровней квантования отсчетов, передаваемых по двунаправленной аналоговой линии связи, было минимально возможным для данной двунаправленной аналоговой линии связи, при преобразовании полученного из двунаправленной аналоговой линии связи сигнала в канальный сигнал ИКМ уменьшают частоту дискретизации этого сигнала пропорционально отношению числа уровней квантования отсчетов, передаваемых по каналу ИКМ, к числу уровней квантования отсчетов, передаваемых по двунаправленной аналоговой линии связи, а при преобразовании полученного из канала ИКМ канального сигнала в сигнал для двунаправленной аналоговой линии связи осуществляют такое же по величине повышение частоты дискретизации этого сигнала.

8. Способ по п.7, отличающийся тем, что для двунаправленного канала ИКМ со скоростью передачи информации 64 кбит/с и шириной полосы пропускания 4 кГц выбирают спектр сигнала, передаваемого по любой двунаправленной аналоговой линии связи, равным 32 кГц, а число уровней квантования отсчетов, передаваемых по этой двунаправленной аналоговой линии связи, равным двум.

9. Система дуплексной передачи дискретной информации, содержащая последовательно соединенные первый модем, первую двунаправленную аналоговую линию связи, первый преобразователь, двунаправленный канал импульсно-кодовой модуляции (ИКМ), второй преобразователь, вторую двунаправленную аналоговую линию связи и второй модем, отличающаяся тем, что спектр сигнала, передаваемого по каждой двунаправленной аналоговой линии связи, выбирается таким, чтобы скорость передачи информации по упомянутой двунаправленной аналоговой линии связи равнялась скорости передачи информации по двунаправленному каналу ИКМ, каждый модем обеспечивает модуляцию несущей в двунаправленной аналоговой линии связи с минимально возможным для данной двунаправленной аналоговой линии связи числом уровней квантования отсчетов, передаваемых по этой двунаправленной аналоговой линии связи, и обеспечивает демодуляцию сигналов, переданных по упомянутой двунаправленной аналоговой линии связи, в дискретные отсчеты, каждый преобразователь обеспечивает преобразование полученного из двунаправленной аналоговой линии связи сигнала в канальный сигнал ИКМ с уменьшением частоты дискретизации этого сигнала пропорционально отношению числа уровней квантования отсчетов, передаваемых по каналу ИКМ, к числу уровней квантования отсчетов, передаваемых по двунаправленной аналоговой линии связи, и обеспечивает снижение числа уровней квантования отсчетов из канала ИКМ до минимально возможного для двунаправленной аналоговой линии связи и пропорциональное увеличение частоты дискретизации, чтобы скорость передачи информации по упомянутой двунаправленной аналоговой линии связи равнялась скорости передачи информации по каналу ИКМ.

10. Система по п.9, отличающаяся тем, что для двунаправленного канала ИКМ со скоростью передачи информации 64 кбит/с и шириной полосы пропускания 4 кГц спектр сигнала, передаваемого по любой двунаправленной аналоговой линии связи, равен 32 кГц, а число уровней квантования отсчетов, передаваемых по этой двунаправленной аналоговой линии связи, равно двум.

11. Система по п.10, отличающаяся тем, что каждый из первого и второго преобразователей содержит блок прямого преобразования в ИКМ, блок обратного преобразования из ИКМ и дифференциальный блок, объединенный вход-выход которого служит для приема сигналов из двунаправленной аналоговой линии связи и для передачи сигналов в двунаправленную аналоговую линию связи, раздельный выход дифференциального блока соединен со входом блока прямого преобразования в ИКМ, выход которого служит для передачи канального сигнала ИКМ в двунаправленный канал ИКМ, а раздельный вход дифференциального блока подключен к выходу блока обратного преобразования из ИКМ, вход которого служит для приема канального сигнала ИКМ из двунаправленного канала ИКМ.

12. Система по п.11, отличающаяся тем, что блок прямого преобразования ИКМ выполнен в виде сдвигового регистра, предназначенного для последовательной записи двоичных отсчетов из двунаправленной аналоговой линии связи с частотой дискретизации этой двунаправленной аналоговой линии связи и для параллельного считывания содержимого этого сдвигового регистра с частотой дискретизации канала ИКМ, а блок обратного преобразования из ИКМ выполнен в виде сдвигового регистра, предназначенного для параллельной записи отсчетов канального сигнала ИКМ с частотой дискретизации канала ИКМ и для последовательного считывания двоичных отсчетов из этого сдвигового регистра с частотой дискретизации двунаправленной аналоговой линии связи.

РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технике для скрытого контроля вызовов, проходящих через систему автоматического распределения вызовов

Изобретение относится к объединению сети Интернет с телефонными системами

Изобретение относится к системам передачи и приема абонентом тревожной информации

Изобретение относится к устройству приема тактовых сигналов для управления сетевой синхронизацией АТС

Изобретение относится к обработке электронного сигнала, в частности к обработке сигнала с целью снижения отношения максимальной мощности к средней в радиочастотных сигналах

Изобретение относится к радиовещанию и может быть использовано для демодуляции и коррекции сигнала в приемнике, предназначенном для работы в системе вещания цифрового сигнала, совместимого с амплитудно-модулированным сигналом

Изобретение относится к радиовещанию и может быть использовано для коррекции демодулированного сигнала в приемнике, предназначенном для работы в системе вещания цифрового сигнала, совместимого с амплитудно-модулированным сигналом

Изобретение относится к радиовещанию и, в частности, к форматам модуляции для цифрового звукового радиовещания (DAB)-digital audio broadcasting с частотной модуляцией типа "в полосе на канале" существующих (находящихся в эксплуатации) станций (IBOC-In-Band-On-Channel) и к системам радиовещания, использующим такие форматы модуляции

Изобретение относится к приемникам для приема сигналов цифрового звукового вещания

Изобретение относится к связи и может быть использовано в адаптивных синхронных и асинхронных системах связи

Изобретение относится к технике цифровой связи, а именно к устройствам для дескремблирования цифровой информации в системах передач с временным уплотнением
Наверх