УСТРОЙСТВО ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА ДАННЫХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СИГНАЛА 2B1Q С ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМ ВОЗВРАТОМ К НУЛЮ

Полезная модель относится к области связи и может быть использована в системах передачи данных, требующих высокой стабильности тактовой синхронизации, по проводным, кабельным и оптоволоконным физическим линиям.
В проводных и кабельных системах передачи данных с ограниченной пропускной способностью с целью сжатия спектра сигнала используются многоуровневые сигналы, также называемые кодами линии [1, с.52]. При безусловном требовании однозначности прямого и обратного преобразований линейные коды должны обладать высокой спектральной эффективностью и самосинхронизацией. Среди известных многоуровневых кодов достаточно высокой спектральной эффективностью обладает код 2B1Q с коэффициентом сжатия спектра 2.,,
Код 2B1Q был запатентован Т.А.Эдисоном еще в XIX в [2]. Устройство, обеспечивающее передачу информации при помощи сигнала 2B1Q и выступающее прототипом предлагаемой полезной модели, включает в себя кодер сигнала 2B1Q (преобразователь двух двоичных символов в один четырехуровневый) и декодер 2B1Q (преобразователь обратного рода). Кодер содержит преобразователь последовательного битового потока в параллельный двухразрядный код, буферный регистр, логическое устройство преобразователя кода, цифро-аналоговый преобразователь, выходной импульсный усилитель, соединенные последовательно. Декодер содержит соединенные последовательно фильтр нижних частот, входной импульсный усилитель, аналого-цифровой преобразователь, логическое устройство преобразователя кода, буферный регистр, преобразователь параллельного кода в последовательный.
Однако стандартный код 2BIQ и описанная выше схема не обеспечивают абсолютную самосинхронизацию, т.е. не позволяют в точке приема автоматически выделить и подстроить тактовую частоту, при передаче однородных двоичных цифровых последовательностей вида «…00000…»,«…11111…» или «…01010101…».
Выделение или восстановление тактовой частоты из линейного сигнала гарантировано, если в спектре сигнала имеется составляющая на частоте тактовой синхронизации или если на каждом тактовом интервале происходит изменение уровня линейного сигнала. Этому условию полностью соответствует биполярный код с возвратом к нулю, обозначаемый RZ. За счет разделения последовательностей положительных и отрицательных импульсов сигнала RZ, инверсии отрицательных импульсов и их сложения с положительными импульсами. Однако существенным недостатком кодов с возвратом к нулю является расширение спектра сигнала вдвое вследствие соответствующего сокращения длительности значащих сигнальных импульсов.
Подобный механизм обеспечения самосинхронизации за счет возврата к нулю на каждом символьном интервале можно применить не только для двухуровневых базовых кодов типа RZ, но и для знакопеременных многоуровневых, в которых нулевой уровень в качестве одного из основных не используется. Теоретическая возможность синтеза и применения таких кодов с дополнительным возвратом к нулю была обоснована в работе [3].
Технический результат заключается в повышении устойчивости тактовой синхронизации за счет гарантированного периодического возврата к нулю на каждом символьном интервале и, следовательно, наличия двух изменений уровня линейного сигнала на каждом символьном интервале.
Технический результат достигается включением в схему кодера электронного ключа, обеспечивающего возврат к нулю на каждом символьном интервале в течение половины длительности интервала, и введением в схему декодера схемы выделения тактовой частоты.
Функциональные схемы кодера и декодера представлены соответственно на Фиг.1 и Фиг.2. Кодер устройства передачи и приема данных, как видно из Фиг.4, в качестве основных элементов содержит сдвиговый регистр 7, буферный регистр 2, логическое устройство преобразователя кода 3, цифро-аналоговый преобразователь 4, электронный ключ 5, выходной импульсный усилитель 6, задающий генератор 7, делитель частоты 8 и формирователь коротких импульсов 9.
1
T
0
1
3
T
2
Работа кодера отображена временными диаграммами, представленными на Фиг.3. Сдвиговый регистр 1 преобразует входную двоичную последовательность d (Фиг.3, г), поступающую со скоростью, определяемой тактовой последовательностью с (Фиг.3, а) с частотой f, в параллельный двухразрядный цифровой код с компонентами b (Фиг.3, д) и b (Фиг.3, е). Взаимная временная (фазовая) синхронизация обоих разрядов параллельного кода обеспечивается буферным регистром 2 при помощи тактовой последовательности c (Фиг.3, в) с частотой f/2. В логическом, устройстве преобразователя кода 3 происходит согласование сигнально-кодовой диаграммы с преобразовательной характеристикой ЦАП. Далее двоичная последовательность поступает в цифро-аналоговый преобразователь 4, где преобразуется в четырехуровневую импульсную последовательность x (Фиг. 3, ж), соответствующую базовому сигналу 2В1Q. Электронный ключ 5, управляемый последовательностью с (Фиг.3, б), обеспечивает возврат сигнала к нулевому уровню в течение половины длительности элемента сигнала s (Фиг.3, з). Далее сигнал s (сигнал 2В1Q с дополнительным возвратом к нулю) через выходной импульсный усилитель 6 передается в линию связи.
1
2
2
3
Базовая тактовая последовательность с формируется тактовым генератором 7. При помощи делителя частоты 8 с коэффициентом деления 2 из нее образуется управляющая последовательность с со скважностью 2. Из последовательности с затем в блоке 9 формируется тактовая последовательность с, состоящая из коротких импульсов.
Декодер устройства передачи и приема данных, структура которого показана на Фиг.2, содержит входной фильтр нижних частот 10, входной импульсный усилитель 11, аналого-цифровой преобразователь 12, логическое устройство преобразователя кода 13, буферный регистр 14, сдвиговый регистр 15 и схему восстановления тактовой частоты, состоящую из ограничителей уровня 16 и 17, преобразователей уровня 18 и 19, логического сумматора 20, формирователя коротких импульсов 21 и удвоителя частоты 22.
1
2
2
1
2
1
2
3
T
3
2
1
T
Работа кодера отображена временными диаграммами, представленными на Фиг.4. Вначале сигнал s (Фиг.4, а), поступивший по линии связи и прошедший предварительную обработку в фильтре нижних частот 10 и входном усилителе 11, ограничителями уровня 16 и 17 разделяется на два-униполярных сигнала y (Фиг.4, б) и y (Фиг.4, в) с импульсами, соответственно положительной и отрицательной полярностей. Следует отметить, что один из сигналов (в данном случае y) при этом дополнительно инвертируется. При помощи преобразователей уровня 18 и 19 импульсные сигналы y и у преобразуются в логические последовательности z (Фиг.4, г) и z (Фиг.4, д). Результат логического сложения этих последовательностей в блоке 20 фактически представляет собой последовательность тактовых импульсов c (Фиг.4, е) с частотой, равной f/2, и скважностью 2. При помощи формирователя импульсов 21 из данной последовательности образуется последовательность тактовых импульсов c (Фиг.4, ж) с той же частотой следования, но с меньшей длительностью, необходимая для синхронизации АЦП 12 и буферного регистра 14. При помощи удвоителя частоты 22 из последовательности с формируется тактовая последовательность с (Фиг.4, з) с частотой f, необходимая для синхронизации сдвигового регистра 15.
3
0
1
При условии восстановления тактовых последовательностей основное декодирование производится в блоках 12, 13, 14 и 75. При помощи импульсов дискретизации (последовательность с) в АЦП 12 производится выборка значащих уровней из сигнала s в коде 2В1Q с дополнительным возвратом к нулю и их преобразование в двухразрядный двоичный код. Этот код представляет собой двоичные последовательности b (Фиг.4, и) и b (Фиг.4, к), которые после согласования кода представления в преобразователе кода 13 и дополнительной временной синхронизации в буферном регистре 14 поступают на входы сдвигового регистра 15. В нем параллельный двухразрядный цифровой код преобразуется в последовательный код d (Фиг.4, л), далее поступающий на выход устройства.
Авторам не известны технические решения для устройств передачи и приема данных с использованием сигнала 2B1Q с возвратом к нулю, содержащие признаки, эквивалентные отличительному признаку: наличие в кодере электронного ключа, обеспечивающего возврат к нулю на каждом элементарном сигнальном интервале, и наличие в декодере схемы восстановления совокупности тактовых последовательностей, состоящей из пары ограничителей уровней, пары преобразователей уровней, логического сумматора, формирователя коротких импульсов и удвоителя частоты.
Литература
1. Гольдштейн, Б.С. Протоколы сети доступа. Том 2 / Б.С.Гольдштейн. - М.: Радио и связь, 2001. - 292 с.
2. Мешковский К.А. Инновационные тенденции развития кабельных цифровых систем передачи / К.А.Мешковский, Н.Л.Сторожук // Электросвязь. - 2005. - №9. - С.32-35.
3. Чернышев, А.Ю. Синхронизация многоуровневых кодов линий передачи / А.Ю.Чернышев // Вестник МарГТУ. (Сер. «Радиотехнические и инфокоммуникационные системы»). - 2009. - №2 (6). - С.13-21.