Способ кодирования сигнала с частичным откликом для передачи цифровой информации

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 03 М 5/00 ф"р .ОПИСАН БРЕТЕНИ ВИДЕТЕЛЬСТВ У Н АВТОРСНОМ ическ вые О,НАЛА С ЧАСИ ЦИФРОВОЙ(54) СПОСОБ КОТИЧНЫМ ОТКЛИКОИНФОРМАЦИИ(57) Изобретен РОВАНИЯ СДЛЯ ПЕРЕДА к вычисл относи го использование льнои техни ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ(71) Московский электротехнинститут связи(56) Патент ВеликобританииР 1578635, кл. Н 03 К 13/00Былянски П.Ингрем Д. Цифсистемы передачи, М.: Связьс. 234-235. ЯО 1297230 А 1 в системах передачи цифровой ийформаии по каналам с межсимвольной интерференцией позволяет повысить помехоустойчивость. Способ заключается вкодировании каждого нулевого символавходного кода длительностью, равнойтакту Т, изменением уровня двухуровневого сигнала в середйне такта и в кодировании единичных символов той жедлительности неизменным уровнем двухуровневого сигнала. Благодаря заменеэтих сигналов при передаче длинныхпоследовательностей единиц или нулейна сигналы со специальным законом изменения уровня двухуровневого сигнала уменьшаются искажения из-за низкочастотной межсимвольной интерференциии обеспечивается самосинхронизация наприеме. 1 з.п, ф-лы, 6 ил.1 12972Изобретение относится к вычислительной технике и может использоваться в системах передачи цифровой информации по каналам с межсимвольнойинтерференцией,5Цель изобретения - повышение помехоустойчивости.На фиг. 1 изображены: временные диаграммы для случая п; К, пгК+2, совпадающего со способом-прототипом; на 10фиг. 2 - то же, для случая пК, пгК+2для К=З; на фиг. 3 и 4 - временныедиаграммы возможных вариантов передачи последовательности единиц (а) илинулей (б); на фиг. 5 и 6 - блок-схемы 15соответственно кодирующего и декодирующего устройств, с помощью которыхможет быть реализован данный способ.Принцип кодирования по данному способу заключается в разрушении в передаваемом сигнале длинных последовательностей единиц или нулей при сохранении основного свойства сигналас частичным откликом (или дуобинарного кода) - вьгсокой удельной скорости передачи.Кодирование осуществляется следующим образом,Если во входном сигнале (фиг.1 г)отсутствуют последовательности символов "О" длиной К+3 и более тактовыхинтервалов и последовательности символов "1" длиной К+1 и более тактовых интервалов, то формирование передаваемого сигнала осуществляется поправилу формирования дуобинарногокода. При этом каждому символу "Онвходного сигнала (фиг, 1 а) соответствует изменение уровня выходного сигнала, а при символах "1" изменение 40уровня выходного сигнала не произво-дится (фиг. 13). На выходе канала,имеющего полосу пропускания ьГ й 1/2 Т(Т - длительность тактового интервала передаваемого сигнала) в этом случае формируется сигнал, который показан на фиг. 1 Ь. Промежуточный уровень этого сигнала соответствует символам "0" исходной информации, а граничные уровни (+1 или -1) - символам "1".Для последовательностей символов"1" с числом символов и)К формирование выходного сигнала осуществляетсяпо следующему правилу (фиг, За): сначала вся последовательность длиной исимволов "1" разбивается на блоки поК тактовых интервалов в каждом блоке,Длина последнего блока зависит от 30 2величины К н может изменяться от 1до К, Затем во всех блоках, кромепоследнего, изменяют К раз уровеньсигнала, начиная с середины второгодо середины последнего тактового интервала включительно, В последнем блоке при любых соотношениях и и К уровень сигнала не изменяется,Правило формирования сигнала дляпоследовательностей символов "0 счислом символов пгК+2 иллюстрируетфиг. 38. Сначала вся последовательность символов нОн длиной пг тактовыхинтервалов разбивается на блоки поК+2 символа "0". Длина последнегоблока зависит от соотношения величинш и К и может изменяться от 1 до К+2тактовых интергэапов. Затем во всехблоках, кроме последнего, иэменяготК+2 раза уровень сигнала, начинаяс середины первого до середины предпоследнего, (К+1)-го тактового интервала, В последнем блоке при любыхсоотношениях между величинами нг и К+2изменение уровня сигнала осуществляютпо правилу формирования дуобинарногокода.На фиг. 2 изображен вариант кодирования по предлагаемому способупри К=З, когда в исходной информацииесть серия символов "1" с числом гКи серия символов "О" с числом гггК+2,Сигнал с описанными свойствамиможет быть получен по-разному. Например, в первом варианте (фиг.2 н 3)формирование сигнала осуществляетсяс частотой, кратной полутактовойчастоте входного сигнала. Во второмварианте (фиг, 4) при К 3 изменениеК и К+2 раза уровней сигнала осуществляется с частотой, не кратной полутактовой частоте входного сигнала.При К=З оба варианта кодированияобеспечивают формирование сигналов,не отличающихся по форме.Восстановление исходной двоичнойинформации на приеме может осуществляться по следующему правилу;участок сигнала с промежуточнымуровнем между импульсами с разнымиграничными уровнями, имеющий длину,равную (К)-му тактовому интервалу,соответствует символам 1исходнойцифровой информации; другие участкисигнала с промежуточным уровнем соответствуют символам "О";импульсу сигнала с одним иэ граничных уровней соответствует символ"О" исходной цифровой последователь 1297230ности, если уровень этого импульса противоположен уровню предшествующего импульса и импульсы разделены (К+1)-ым тактовым интервалом; все другие импульсы соответствуют симво лам1.Параметр К выбирается исходя из ряда противоречивых требований к сигналу и определяется характеристиками конкретного канала передачи. Умень О 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. 20Однако при малых значениях К наблюдается относительно большое изменение частоты следования импульсов передаваемого сигнала для последовательностей символов " 1" и "0", что 5 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 уменьшается при увеличении значения К.Сущность изобретения составляет предлагаемая последовательность опе,раций над входным цифровым сигналом, при которой в принимаемом сигнале для последовательностей символов 11" 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 цО". 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 импулсы с одним из грацичнь 1 х уровней, соответствующие только тем участкам в лере- даваемом сигнале, в пределах которых измецение 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 це может превышать К 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 длина участков принимаемого сигнапа с одним из граничных уровней может неограниченно возрастать.Режим самосинхронизации при приеме сигнала обеспечивается путем стабильной подстройки системь 1 синхронизации, поскольку ограничение длинь участков без изменения уровня припередаче сигнала, соответствующего последовательностям символов "1" входного цифрового сигнала, гарантирует на приеме получение импульсов, следующих не реже чем через К, 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 полу- тактовой частоте входного сигнала, включает в себя (фиг. 5) элементы 1, 2 задержки на один тактовый интервал, первый и второй дешифраторы 3, 4, элемент 5 задержки на К+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, Ю в тригге 14, 15, элемент ИЛИ 16, логический коммутатор 17, счетнь 1 й триггер 18. Устройство декодрованя сигнала (фпг, 6) включает в себя компдраторы 19, 20, элементы И 21 24 К 8- триггер 25 элементы ИЛИ 26, 27, блок 28 выделения сигпдлд синхронизации, дешифрдтор 29 последователь 5 2972 кости Ксимвола "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 1 р 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 "О" поступает хотя бы еще один импульс "О". В случае появления импульса на выходе элемента И 7 он устанавливает КБ-триггер 14 в состояние "1". 25 Сигнал с прямого выхода КБ-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 (К+2)/(К+1) раз большей тактовой частоты входного цифрового сигнала. Эти импульсы через логический коммутатор 17 поступают на 1 О вход счетного триггера 18, который формирует выходной сигнал. Запуск второго формирователя импульсов 11 происходит кажцый раз при обнаружении вторым дешифратором 4 последовательности К+2 символов "0" до появления на входе устройства хотя бы одного символа 1. Появление этого символаприводит к тому, что на выходе элемента 5 задержки на К+2 тактовых интервала появляется импульс который устанавливает КБ-триггер 14 в состояние 0". При этом независимо от того, какую длину имеет последний блок в последовательности ш символов 0", 55 выход логического коммутатора 17 отключается от его третьего входа.При нахождении КБ-триггера 14 в состоянии пО" возможно подключение 30 6 логиче.ского коммутатора 17 к первому или второму информационным входам в зависимости от состояния КБ-триггера 15. При появлении на входе первого дешифрдтора 3 последовательности К символов 1", после которых также появляется символ "1", происходитустановка триггера 15 в состояние с задержкой на два тактовых интервала, которая необходима для выравнивания моментов появления информации на информационных входах логического коммутатора 17, Задержки создаетсяэлементом 13 задержки на два тактовых интервала, а импульс установки КБ- триггера 15 в состояние "1" формируется на выходе элемента И б. При этомк выходу логического коммутатора 17 подсоединяется выход третьего Формирователя 12 импульсов, что достигается подачей сигнала с прямого выхода КБ-триггера 15 через элемент ИЛИ 16 на управляющий вход логического коммутатора 17. Запуск третьего Формирователя 12 импульсов осуществляетсяс задержкой на один тактовый интервалвходного цифрового сигнала с помощью элемента 2 задержки, чем обеспечивается изменение уровня выходного сигнала только с второго тактового интервала в блоках для К символов "1", После запуска третьего Формирователя 12 импульсов на его выходе Формируется последовательность из К импульсов, следующих с частотоц, в К/(К) раз большей тактовой частоты входного цифрового сигнала, Эти импульсы через логический коммутатор 17 поступают на вход счетного триггера 18 формирующего выходной сигнал. Установка КБ-триггера 15 в состояние 0 осуществляется при появлении на выходе элемента 5 задержки на К+2 тактовых интервала символа О. Для последовательности с числом и символов "1", большим и кратным величине К, и"менение уровня сигнала в последнем блоке К символов н 1 п не производится из-за невозможности запуска третьего Формирователя 12 импульсов, поскольку отсутствует импульс сигнала на нервом входе элемента И б, 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 б. При7 12972 значениях п ( К установка КБ-триггера 15 в состояние "1" с запуском третьего формирователя 12 импульсов не происходит из-за отсутствия сигнала на одном из входов эле 5 мента И 6.При нахождении КБ-триггеров 14,15 в состоянии "0" выход логического коммутатора 17 подсоединяется к выходу первого формирователя 10 импульсов, 1 О который формирует импульсы, соответствующие символам "0 входной информации. Тактовый интервал следования импульсов равен тактовому интервалу входного цифрового сигнала. При под ключении входа счетного триггера 18 к выходу первого формирователя 10 импульсов изменение уровня выходного сигнала осуществляется по правилу формирования дуобинарного кода, 20В устройстве декодирования (Фиг.б) входной 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 вы ходе компаратора 20 - с нижним граничным уровнем, При появлении импульса на выходе компаратора 19 происходит установка КБ-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 К+1 символа 0, дешифратора 30 40 последовательности К+1 символа "О, вход блока 28 выделения сигнала синхронизации и записывается в первую ячейку памяти сдвигового регистра 31, содержащего. К+2 ячеек памяти, Продви жение информации по сдвиговому регистру 31, в дешифраторе 29 последовательности Ксимвола "0" и деши.Фраторе 30 последовательности К+1 символа нОн 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 верхним граничным уровнем, импульса с нижним граничным уровнем на выходе компаратора 20 формируется сигнал, который после прохождения элемента И 22 и элемента ИЛИ 27 30 8поступает на 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 появляется импульс на входе установки символа "0" в первой ячейке сдвигового 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 "0" в первую ячейку памяти сдвигового 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" в первую ячейку памяти сдвигового регистра 31 повторяется аналогично. При появлении на входе устройства импульсов с разными граничными уровнями при условии, что эти импульсы разделены (К)-м тактовым интервалом, сигнал на выходе дешифратора 30 последовательности К+1 символа "0" 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 символовв первых К ячейках памяти сдвигового регистра 31. В первую ячейку памяти этого регистра записывается символ "1", а в следующих Кячейках 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 - 1)-ми тактовыми интервалами, установка символа "0" или символа 1" в первую ячейку и символов в следующие Кячейки памяти сдвигового регистра 31 не происходит из-за отсутствия сигнала на входах элемента ИЛИ 27 (при повторном появлении импульса на выходе компаратора 9 отсутствует сигнал на втором входе элемента И 21, а при повторном появлении импульса на выходе компарато10 9 1297230 ра 20 - на первом входе элемента И 22). д В других случаях установка не проис- г ходит иэ-за отсутствия сигнала на л выходах дешифраторов 29 и 30. 7 Р У 7 О О О О О О 1 О У 1 7 1 1 О О 7 1 О 17 ОООООО 1 О 1 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 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, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью. повышения помехоустойчивости, кодирование последовательности и единичных символов длительностью пТ, для случая пК, К=2 д+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 1-1 раз Ц=1,2), до тех пор, пока условие (и-К)Т)КТ не перестанет выполняться, после чего на оставшемся интервале длительностью (иК)ТКТ оставляют уровень двухуровневого сигнала неизменным, кодирование последовательности ш нулевых символов длительностью шТ для случая в)К+2 с середины первого до середины (К+1)-го такта осуществляют изменением К+2 раз уровня двухуровневого сигнала, после чего проверяют условие ш - (К+2)1 Т(К+2)Т и в случае его выполнения повторяют описанную процедуру 1-1 раз (1=1, ) , до тех пор, пока условие 1" ш(К+2)3 Т)(К+2) Т не перестанет выполняться, после чего на оставшемся интервале длительностью гп-Х(К+2)1 Т 6(К+2) Т изменяют уровень двухуровневого сигнала в середине каждого такта.2. Способ по и. 1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что изменения уровняодвухуровневого сигнала, осуществляемые в случае выполнения условий (и - 3 К)Т)КТ или т-Х(К+2 Ц Т)(К+2) Т, производят с интервалом от Т/2 до Т,1297230 оставитель О.Ревинскии хред А.Кравчук Корректор А.Обручар Н.Швыдкая еда 90 каз од кая наб д ственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,Прои/61ВН ИИПИ Государс по делам иэо 3035, Москва,нноготений35, Ра митета открыт ноСР