Устройство для кодирования и декодирования сигналов в системах передачи цифровых данных

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 09) И 1) 3(59.Н 04 Ь 3/02 суп г. АОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. Петрович Н. Т. Передача дискретной информации в каналах с фазовойманипуляцией. М., "Советское радио,1965, с. 69,2,Шляпоберский В. И. Элементыдискретных систем связи. М., 1965,с. 50-52, рис. 15, 16 (прототип),, (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОДИ 3 ОВАНИЯ И ДЕКОДИРОВАНИЯ СИГНАЛОВ В СИСТЕМАХ ПЕРЕДАЧИ ЦИфРОВЫХ ДАННЫХ, содержащее на передающей стороне хронизатор и хопер, а наприемной стороне формирователь импульсов, формирователь тактовых импульсов и декодер, о т л и ч а ю ш ее с я тем, что, с целью повышения достоверности, на передающей стороне введены последовательно соепиненные входной регистр и блок сравнения посылок,выхоп которого подключен к входу кодера, выполненного в виде послеповательно соединенных блока запрета, блоказадержки и формирователя импульсов, к второму входу которого и первому вхо ду блока анализа выхопных сигналов подключен второй выход блока запрета, первый вход которого является входом кодера, а к второму входу блока запрета подключен выход блока анализа вы ходных сигналов, к второму входу которого попхлючен первый выход блока за прета, при этом вход вхопного регистра является входом устройства, а на прием- ной стороне введен блох определения временного положения импульсов, к входу которого подключенвьмоп формироватеС 2 ля импульсов, а выход блока определения ж временного положения импульсов подклю чен к входу декодера, выполненного в. виде последовательно соединенных йока задержки, анализатора структурных приз иаков сигналов и блока вывода информа- Я ции, к второму вхопу которого подключен выхоп генератора пачки импульсов, к входу которого подключен второй выход анализатора структурных признаков сиг налов, при этом вход блока задержки яв ляется входом декодера.104 959 юююеР УУгююг (гюфгЮЮ(гав Юга а юг гггггиююю уую юкююак ю югюк ювюггге ггюгююгюаюг гюгам ююфг ю81 1Заказ 775558 Тираж 677 Подписное БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наба, 4/5 Филиал ППП Патент", г. Ужгород ул, Проектная, 41046959 Изобретение относится к технике связи и переаачи аанных и макет быть использомио в системах цифровой связи,телеметрии, телевицения и фототелеграфии, а также в аппаратуре храненияцифровых аанных,Известно устройство аля передачицифровых сигналов, соцержащее элементпамяти и схему сравнения на приемнойстороне Г 13 .Оцнахо известное устройство не облацает низкой постоверностью,Наиболее близким техническим решением к преплагаемому является устройство цля коаиромния и пеходированиясигналов в системах. перецачи цифровых аанных, соаержашее на перецаюшейстороне хрснизатор и юаер, а на приемной стороне формиромтель импульсов,формирователь тактовых импульсов иаекоаер 1 2,Оцнако известное устройство облацаетнизкой достоверностью,Цель изобретения повышение цостове рности.С этой целью устройство кодирования и аекоцирования сигналов в системах переаачи цифровых аанных, соцержашее на перепаюшей стороне хрониэатор и кодер, а на приемной стороне формирователь импульсов, формиромтель тактовых импульсов и аекоаер, на перецающей стороне ввецены последовательно соеаинвнные вхоаной регистр и блок сравнения посылок выхоц которого попключен к вхоау коаера, выполненного в виае послецовательно соединенных блока запрета, блока зааеркки и формирователя импуль сов, к второму вхоау которого и первому вхоцу блока анализа выхоцных сиг налов поахлючен второй выхоа блока запрета, первый вхоц которого является вхоцом кодера, а к второму вхоцу блока запрета поцключен выход блока анализа выхоаных сигналов, к второму вхоцу которого поцключен первый выхоа блока запрета, при этом вхоц вхопного регист ра является вхопом устройстм,а на приемной стороне ввеаен блок опрецеленного временного положения импульсов, к вхо цу которого попключен выхоа формиромтеля импульсов, а выхоп блока опрецеле ния временного положения импульсов поц ипочен к вхопу цекопера, выполненного в вице послецовательно соеаиненных блоха зааержки,анализатора структурных признаков сигналов и блока вывода информации, к второму вхоцу которого попключен выхоц генератора пачки импульсов, к вхоцу которого поаключен второй выкоц анализатора структуреьм призна 5 ков сигналов, при этом вхоц блока эацержки является вхоаом пекоаера.На фиг, 1 привеаена структурнаяэлектрическая схема переаающей стороны устройства цля копирования и цекоаирова 1 Ония сигналов в системах переаачи цифровых аанных; на фиг. 2 - то же, приемная часть; на фиг, 3 - функциональная схема блока сравнения посылок; на фиг, 4- схема блока запрета; на фиг. 5 - схема15 блока зацержки; на фиг. 6 - схема блокаанализа выхоаных сигналов; на фиг. 7- схема блока опрецеления временного положения импульсов; на фиг. 8 - схема , блока зааержки; на фиг. 9 - схема анао лиэатора структурных признаков сигналов; на фиг. 10 - первый юриант функциональной схемы формиромтеля тахтовьм сигналов; на фиг. 11 структурная схема блока символьной синхронизации; на фиг. 12 - структурная схема блока групповой синхронизации; на фиг. 13- второй вариант структурной схемы формирователя тактовых сигналов; на фиг. 14 - временные диаграммы, пояснякицие процессы коаирования сигналов; на фиг. 15 - временные диаграммы, по яснякхцие процессы аекоаирования сигналов./Устройство цля коаирования и аекоаиЗ 5 рования сигналов в системах цифровыхданных соаержит на передающей стороне вхопной регистр 1, блок 2 сравнения посылок, кодер 3, соаержащий блок 4 запрета, блок 5 зацеркки, формирователь 6 О импульсов, блок 7 анализа выхоаныхсигналов, хронизатор 8, на приемной стороне формирователь 9 импульсов, блок 10 опрецеления временного положения, аекоцер 11, содержащий блок 12 зацерж хи, анализатор 13 структурных признаюв, блок 14 вывода информации, генератор 15 пачхи импульсов, формиромтель 16 тактовых импульсов; блок 2 сравнения посылок соаержит элемен О ты И 17, элемент 18 памяти, крометого. в коцере 3 блок 4 запрета соае 1 жит элементы 19 запрета; блок 5 зацержки сопержит элементы 20 зацержки; блок 7 анализа выхоаных сигналов со аержит элемент ИЛИ 21, элементы 22и 23 эапержки, цополнительный элемент ИЛИ 24; блок 10 опреаеления временного положения соцержит элеменз 3.046ты И 25; в декоцере 11 блок 12 задержки содержит элементы 26 зацержки; анализатор 13 структурных признаков содержит элемент ИЛИ.27, элементы 28 задержки, элементы ИЛИ 29,триггеры 30, элемент 31 задержки,счетчик 32; формирователь 16 тактовыхимпульсов (первый вариант) содержитблок 33 символьной синхронизации,блок 34 групповой синхронизации, блок 35, 1 Оформирования последовательности выхоцных импульсов; блок 33 символьнойсинхронизации содержит дифференцирую-,шую цепь 36, одновибратор 37, дискриминатор 38, фильтр 39, следящий генератор 40, блок 41 формирования выходных импульсов; блок 34 групповой синхронизации содержит опознаватель 42синхрогруппы, состоящий из регистра 43сдвига, дешифратора 44, анализатор 45, 20целитель 46, решающий блок 47, блок 48фаэирования, дополнительный анализатор 49, блок 50 обнаружения отсутствия синхронизма, триггер 51, целитвльраспределитель 52; формирователь 16 25тактовых импульсов (второй вариант) содержит блок 53 виделения синхросигна,лов, управляемый генератор 54, цискриминатор 55, управляющий элемент 56,блок 57 формирования выходных импуль- ЗОсов.Устройство цля коцирования и декодирования сигналов в системах перецачи цифровых данных работает следующим образом, Э 5На вход второго регистра 1 передающей стороны поступает послвцовательность двоичных сигналов длительностью Т 0 (фиг. 14 ). Значения очерецных трех символов входной послецова тельности поступаО ют в блок 2 сравнения посылок, гце они сравниваются с программными значениями символов вица 111, 101, 010, 000, задаваемых в регистрах элемен та 18 памяти. Если текущие значения 45 символов входной последовательности совпацают с одной из программных комбинаций,на выхоце элементов И 17 формируются единичные сигналы длительностью (фиг. 146, Эти сигналы по раздельным цепям поступают на соответ ствующие информационные входы элемен тов 19 запрета блока 4 запрета, на управляющие вхоцы которого поступают управляющие сигналы длительностью 2 ь 55 с выхода блока 7 анализа выхоцных сигналов (фиг. 148). Такие сигналы формируются из выходных сигналов блока 4 989 4запрета путем их расширения по длительности цо 2 7;о с помощью элемен, тов ИЛИ 21, элементов 22 и 23 эацер 0 кки наГо и дополнительного элемента ИЛИ 24. Сформированные управляющиесигналы исключают прохожцение черезэлементы запрета 19 блока 4 запретакаких либо сигналов на интервале 3 Г,если в блоке 2 сравнения посылок фиксируется совпадение текущих символов соцной иэ программных комбинаций. Этоэквивалентно перехоцу к анализу очередных трех символов входной последовательности двоичных сигналов, отстоящих оттекущих на интервал 3 Т. Если такоесовпадение не фиксируется, осуществляется переход к анализу очередных трехсимволов вхоцной последовательности,отстояших от текущих на интервал Г.Выходные сигналы блока 4 запретапо соотв тгтвующим цепям. поступают навхоц формирователя 6 импульсов непосредственно или прецварительно зацерживаются в блоке 5 задержки (фиг. 142). Так,если в блоке 2 сравнения посылок фиксируется комбинация символов 111, выхоцные сигналы блока 4 запрета поступаютна вход формирователя 6 импульсов беэзадержки, Для входной комбинации символов 101 в блоке 5 зацержки с помо-.щью первого элемента 20 задержкиустановлена эацержка 0,25T, цля комсбинации символов 010 с помощью второго элемента 20 задержки установленазацержка 0,507 о, и цля комбинациисимволов 000 с помощью третьего элемента 20 зацержки обеспечивается эа-цержка 0,75,Формирователь 6 импульсов формирует послецовательность двоичных выходов сиг- налов, минимальная длительность импульсов которой равнаГо (фиг. 14 д), а фронты (битовые переходы) посылок эафиксированы относительно цискретных моментов времени вхоцных сигналов с длительностью ь.о с задержкой на время О, 0,25 Г 0,50 Со, 0,75 7,о в зависимости от структуры входных сигналов (111, 101, 010, 000), Остальные коцовые комбинации (1000, 001, 110, 011) при передаче не коциру .тся, а при приеме оцно значно восстанавливаются.Синхронизация блока 5 задержки и блока 7 анализа выходных сигналов осуществляется сигналами хронизатора 8,Восстановление исходной последовательности цвоичных сигналов по принятой последовательности осуществляется одно 1046959значно с помощью устройства цекоцирования, поскольку временное положениепосылок иа интервале Го жестко фиксируется относительно коцируемых комбинаций символов 111, 101, 010,000 с 5задержкой равной 03 0,25 Г; 0,50 Гои 0,75 Го,Устройство цекоцирования работаетследующим образом,На ахоц формирователя 9 импульсовпоступает последовательность входныхсигналов (фиг. 150), с выхоца которогосигналы одновременно поцаются на информационные вхоцы элементов И 25 блока 10 опрецеления временного положенияимпульсов. На управляющие вхоцы элементов И 25 из формирователя 16 тактовыхимпульсов раздельно с относительнойзадержкой 0; 0,25 Тою 050 Со и 0,75 Сподается послецовательность управляющих 20импульсов.Временное положение входных импульсов опрецеляется по моментам переходовсигналов от нулевого (единичного) уровня к ециничному (нулевому) уровню5(фиг. 15 Й и соответствует опрецеленной структуре исхоцной послецовательности коцируемьм символов 111, 101,010, 000. Сигналы с выхода блока 10определения временного положения импульсов выдаются по разцельным цепямв зависимости от момента времени, вкоторый происходит совпацение входныхсигналов с управляющими импульсами.Так (фиг. 15 В), если вхоцные сигйалы 35поступили без задержки Ид 0) относительно начала исхоцных импульсов, слецующих с частотой 1, 1/Ч,о, то выходные импульсы с первого выхода блока 10опрецеления временного положения импульсов поступают на первый вход блока 12 зацержки, гце задерживаются спомощью первого элемента зацержки 26на время Со, Входныесигналы, поступившие с задержкой С =0,25,выдаются . 45с второго выхода блока 10 определениявременного положения импульсов и поступают на второй вхоц блока 10; гцес помощью второго элемента зацержки 26 задерживаются на время 0,75 Т . 50Входные сигналы, поступившие с задержкой Т 0,50 Го, выцаются с третьеговыхоца блока 10 опрецеления временногоположения импульсов и поступают натретий вход блока 12 задержки, гце с 55помощью третьего элемента зацержки 26задерживаются на время 0,50 Го. Входные сигналы, поступившие с зацерж кой0,75 То, выдаются с четвертоговыхода блока 10 опрецеления временногоположения импульсов и поступают начетвертый вход блока 12 задержки, гцес помощью четвертого элемента задержки 26 зацерживаются на время 0,25;Го,Таким образом блок 10 опрецелениявременного положения импульсов выполняетроль временного селектора,Импульсы с выхода блока 12 задержки по раздельным цепям поступают наэлемент ИЛИ 27 и на элементы зацержки 28 на время Ч;и анализатора 13структурных признаков, Зацержка Гинеобходима цля нормальной работы устройства. Импульсы с выхоцов элементов задержки 28 поцаются на элементы ИЛИ 29, устанавливают триггеры 30в единичное состояние (111). Импульсыс второго элемента задержки 28 через. первый, четвертый и пятый элементы ИЛИ 29 устанавливают триггеры 30соответственно в ециничное, нулевое иединичное состояние (101). Импульсыс третьего элемента зацержки 28 черезвторой, третий и шестой элементы ИЛИ 29устанавливают триггеры 30 соответственно в нулевое, единичное и нулевое состояние (010). Импульсы с выхода четвертого элемента зацержки 28 через второй,четвертый и шестой элементы ИЛИ 29устанавливают все триггеры 30 в нулевое состояние (000). Импульсы стриггеров 30 поступают на вход блока14 вывода информации.Импульсы с элемента ИЛИ 27 служат цля генератора 15 пачки импульсовсигналом цля считывания информации сосчетчика 32 и выдачи в блок 14 выводаинфорМации пачки импульсов элемента ИЛИ 27. Импульсы через элемент задержки 31 наб, который обеспечиваетнормальную работу устройства, поступаюттакже на счетчик 32, сбрасывая его внулевое состояние, после чего счетчик 32вновь начинает цоцсчет тактовых импульсов, поступающих с формирователя 16тактовых импульсов, число которых совпацает с числом посылок на текущем интервале восстановления,Восстановление значений посылок 001,011,. 100 и 110 текущего интервалацекоцирования осуществляется по следующему правилу,Если три последние посылки имеютвиц 1110 (000), то двум прецшествунщим посылкам присваиваются значения,инверсные значению последней посылкиинтервала декодирования. Слеаующей парепосылок присваиваются значения, инверсные значениям предыдущей пары и т,д,Восстановленный сигнал имеет видпоследовательности , 001100111 5(,110011000). Если три послецниепосылки интервала имеют вид 101 (010),то посылке, преасшествующей этой комбинации, присваивается значение, равноезначению последней посылки интервала. 10Следующей паре посылок.присваиваютсязначения, инверсные значению прецыцушейпосылки, и т.д. При этом восстановительный сигнал на интервале цекоцированияимеет вип последовательности с 15(фиг, 15 а),Прямые и инверсные значения указанных посылок хранятся в регистрахпамяти генератора 15 пачки импульсов и ров зависимости от значений, выцеленньмв анализаторе 13 структурных признаковсигналов, переписываются в блок 14вывода информации.Восстановление тактовых импульсов 25и привязку (фаэирование) импульсовпоследовательностей осуществляет формирователь 16 тактовых импульсов. Структура формирователя 16 тактовых импульсов определяется назначением устройствадля кодирования и цекоцирования и способом передачи синхросигналов в целомй системе, куца прецлагаемое устройствовхоцит составной частью. Эта эааача может быть решена двумя путями,35Вс первых, путем перецачи и последующего восстановления исхоцной символьной частоты 1 о=1/ Ьо, относительнокоторой может быть сформирована послецовательность импульсов, отстоящих оттактовых точек импульсов частоты 1 она -интервалы времени =0; 0,25 Г,;0,5 Го; 075 ь, Во-вторых, путем восстановления символьной частоты 1 =4 1 ос фаэировкой тактовых точек этой частоты к тактовым точкам частоты 1 о, чтонеобхоцимо цля фиксации начала отсчетапослецовательности импульсов, имеющихзадержку Г =0; 025 о, 05 Го07 ГГо,аСуществует несколько технических 50 возможностей пля передачи и восстановления символьной частоты 1 о илиl на приемной стороне, в зависимости от которых организуется управление формирователем 16 тактовых импульсов с 55 получением на вго выходе требуемых синхросигналов. Передача синхросигналов может быть.осуществлена по отцель ному каналу синхронизации или цля этихцелей используется общий информационныйканал системы.В цифровой системе с общим информационным каналом первцача синхросигналовможет осуществляться в отаельномвременном потоке или в общем потокеодновременно с перецачей информации.При этом возможны два варианта передачи и восстановления синхросигналов исоответственно цва варианта структурыформирователя 16 тактовых импульсов.Первый вариант восстановления синхросигналов основан на выцелении иэ приня.тъм цифровьм сигналов символьной частоты= 4 % о . Для временной привязкипоследовательности выходных импульсов кфазе сигналов частотыв цифровойсистеме в специально отвеценньм временных интервалах периодически цолжныпе рвдаваться сигналы опрецеленнойструктуры, выполнякнцие роль сигналовгрупповой синхронизации, В качестветаких сигналов цолжны быть выбранысигналы известной структуры, представляющие собой строго периоцические последовательности сигналов типа 111.111или комбинацию сигндов 111, 101, 010,000, Наиболее целесообразным пля этихцелей являются исходные сигналы типа 111.111, или комбинации. этихсигналов с цифровым сигналами цругихтипов перекоцирование которых приводит к требуемой последовательности импульсов, которая содержит исходную частоту о, а ве фаза соответствует нулю (Г - О) по отношению к импульсам частоты о,Этот вариант восстановления синхроимпульсов соответствует известным влитературе системам с временным разце лвнием сигналов, в которых для восстановления переданных сигналов, кроме символьной синхронизации, требуется групповая синхронизация, обвспечивакнцаяфиксацию момента времени начала отсчетаотрезков послецовательностей импульсовопрецеленного временного интервала, вданном случае с часгогой следования 1 о .Структура формирователя 16 тактовьм импульсов в: -о 1 случае соце ржит после цсватвльно включенные блок 33 символь ной синхронизации и блок 34 групповой синхронизации, сигналы которых управляют блоком формирования последовательности вьмодных импульсов цля формирова-. ния последовательности выхоцньм импульсов с требуемой временной зацержкой.1 О 46 импульсов и других блоков аппаратуры цекоцирования. Возможен случай, когца синхроинформация передается как в начале сеанса связи, так и во время передачи информации в специально отведенные интервалы времени. В этом слу чае обеспечимется контроль наличия и поддержание синхронизма в системе. Структура дополнительных синхросигналов остается прежней. При этом могут быть 10 снижены требования к стабильности генератора синхросигналов приемной аппаратуры, что упрощает тракт синхронизации всей системы.В этом варианте синхронизации вход 15 формирователя 16 тактовых импульсов подключается к выходу канала связи параллельно входу формирователя 9 импульсов, а структура формирователя 16 тактовых импульсов соответствует структуре известных в литературе устройств инерционной синхронизации.С помощью блока 53 выделения синхросигналов обеспечивается выделение синхросигналов, которые осуществляют поц стройку управляемого генератора 54 на частоте 1 о с точностью цо фазы, В блоке 57 формирования выходных импульсов осуществляется формирование последовательности выходных импульсов с З 0 требуемой временной задержкой.В цифровой системе с отдельным каналом синхрОнизации приемная часть кана ла синхронизации соцержит послецователь но включенные приемник синхросигналов и блок цля формирования послецомтель ности импульсов с требуемой задержкой. 95912Вход формирователя 16 тактовых импульсов в этом случае поцключен к отцельному вхоцу аппаратуры декодирования,В этом случае по синхроканалу целесообразно передавать сигналы частоты 1 о, из которой формируется последовательность выходных импульсов,Рассмотренные варианты передачисинхроинформации, основанные на испольэовании отцельного синхроканала или совмещенного синхроканала с перецачейсинхроканалов в начале сеанса связи илиизвлечении синхросигналов из перецаваемого по общему каналу групповому си 1 ъналу, следует считать допустимыми иправомерными, поскольку предлагаемоеустройство цля коцирования и цекоцирования вхоцит составной частью в цифровую систему, которая может относиться к высокоинформативным системамсвязи и передачи данных, а также каппаратуре хранения цифровых цанных,которые отличаются большим раэнообраэнем тракта синхронизации.Таким образом, устройство цля кодирования и декодирования сигналов обеопечивает минимальную длительность выхоцных цифровых сигналов цо 2,25 Го.Указанный эффект цостигается в случае,если в пределах посылки исходной послецовательности выделяется четыре дополнительных позиции цля размещения фронта посылок выхоаной послецомтельности,Увеличение числа разрешенных временных позиций, например цо восьми, обеспечивает увеличение цостигаемого эффекта,