СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА ДИСКРЕТНЫХ СИГНАЛОВ
METHOD OF TRANSMISSION AND RECEPTION OF DISCRETE SIGNALS

Изобретение относится к технике связи, а именно к способам передачи цифровой информации, и может быть использовано при синхронном сопряжении источников цифровой информации с многоканальными системами связи, с цифровым коммутационным оборудованием, оборудования обмена данными (ООД) с аппаратурой передачи данных (АПД) и при непосредственном синхронном сопряжении и обмене данными между ООД.
Известен способ обмена служебными и информационными сигналами между источниками и потребителями цифровой информации с использованием связных интерфейсов: RS-232-C (Американский стандарт Е1А), V.24/V.28 (Европейские рекомендации МККТ) и стыка С2 (ГОСТ 18145-81). Недостатки: наличие дополнительных соединений для передачи служебных сигналов и сигналов синхронизации и связанное с этим ограничение расстояния (единицы и десятки метров) между сопрягаемыми устройствами.
Частично эти недостатки устраняются при сопряжении с использованием стыков: С1-ФЛ, ОСТ4.208.002 и С1-ФЛ-БИ, ГОСТ 27232-87.
На стыках используются кабельные физические линии, применяется четырехпроводное соединение и биимпульсное кодирование информационных сигналов, обеспечивается дуплексный режим работы. Биимпульсное кодирование сокращает число цепей для сопряжения за счет объединения в одну информационную последовательность информационного сигнала и сигнала тактовой синхронизации, допустимые расстояния между взаимодействующими устройствами увеличиваются до 5-10 километров.
Вместе с тем, в связи с отсутствием дополнительных цепей сопряжения, для передачи служебных сигналов используются цепи, по которым передаются информационные сигналы. Как следствие, применяется поочередная передача информационных и служебных сигналов. Различаемое количество и частота использования служебных сигналов ограничиваются. Кроме того, во время передачи служебных сигналов нарушается текущий прием информационных сигналов для потребителя информации.
То, как учитываются недостатки стыка С1-ФЛ-БИ, можно увидеть на примере ГОСТ Р 51820-2001.
ГОСТ Р 51820-2001. «Устройства преобразования сигналов для радиоканалов тональной частоты (УПС ТЧР). Типы, технические характеристики и параметры сопряжения». Приложение Е. «Служебные сигналы обмена между УПС ТЧР и ООД (оборудованием обмена данными)». Стык С1-ФЛ-БИ. Применяются только три типа служебных сигналов: «Канал не годен» (от ООД к УПС ТЧР), «Отсутствие канала» (от УПС ТЧР к ООД) и «Авария ООД» (от ООД к УПС ТЧР).
Служебные сигналы, используемые на стыке С1-ФЛ-БИ между ООД и УПС ТЧР, связаны с нарушениями в канале связи или в работе аппаратуры и передаются, когда нарушения в приеме информационного сигнала, вносимые передачей служебных сигналов, дополнительно не осложняют ситуацию. Основное отличие этих сигналов от рабочих информационных в большой длительности их передачи. Служебных сигналов, соответствующих штатному режиму передачи информации, в перечне приложения нет.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ передачи и приема дискретных сигналов, при котором формируют последовательность информационных биимпульсных сигналов и последовательность биимпульсных служебных сигналов с частотой, в кратное число раз превышающей номинальную частоту информационных биимпульсных сигналов, передачу последовательностей информационных сигналов чередуют с передачей последовательности служебных сигналов, при приеме осуществляют тактовую синхронизацию по принимаемым информационным сигналам (SU 0690528 A, Шмыгов В.Ф., 15.10.1979 - прототип). В данном случае служебные сигналы отличаются от информационных большей скоростью их передачи.
Приведенный способ передачи служебных сигналов дополняет ОСТ4.208.002, С1-ФЛ. Недостатками, ограничивающими применение, являются (отмеченные выше) нарушения при приеме информационного сигнала во время передачи служебных сигналов. Использовать способ для передачи сигналов управления и взаимодействия, контрольных сигналов, сигналов телеметрии, квитанций, подтверждающих получение информации, широковещательных и т.п. сигналов в штатном режиме передачи информационного сигнала, параллельно с передачей информационного сигнала не представляется возможным.
Патентуемое изобретение направлено на устранение указанных недостатков прототипа.
В патентуемом способе передачи и приема дискретных сигналов в канале связи на передаче посредством биимпульсного кодирования формируют последовательности информационных и служебных сигналов, а на приеме осуществляют тактовую синхронизацию по принимаемым информационным сигналам.
Отличие состоит в том, что на время передачи служебных сигналов создают двухканальный режим передачи информационного и служебного сигналов с уплотненным участком канала, по которому на скорости, вдвое превышающей текущую номинальную скорость, совместно передают информационные и служебные сигналы.
На месте текущего биимпульса в информационном сигнале, после которого начинается передача информационного сигнала уплотненного участка, размещают маркер для синхронизации процессов уплотнения и разуплотнения, который формируют перекодированием текущего биимпульса на удвоенной, по сравнению с номинальной, скорости в следующие друг за другом первый и второй биимпульсы, фаза каждого из которых повторяет фазу текущего биимпульса. Второй биимпульс маркера используют в качестве опорного при биимпульсном кодировании на передаче и биимпульсном декодировании на приеме передаваемого с удвоенной скоростью информационного сигнала уплотненного участка канала, а первый биимпульс маркера используют при биимпульсном декодировании сигнала маркера.
После завершения на приемной стороне канала процессов, связанных с поиском и декодированием маркера и началом разуплотнения уплотненного участка канала, маркер перекодируют в исходный биимпульс информационного сигнала, на месте которого он передавался. После декодирования биимпульсного информационного сигнала уплотненного участка, превращающего биимпульсный сигнал в бинарный, и разделения информации уплотненного участка канала на служебный и информационный бинарные сигналы для выделенного на уплотненном участке бинарного информационного сигнала восстанавливают биимпульсное кодирование на номинальной скорости передачи, соответствующее биимпульсному кодированию информационного сигнала вне уплотненного участка канала, и далее передачу информационного сигнала уплотненного участка в направлении потребителя последовательно, посимвольно замещают передачей восстановленного информационного сигнала для приведения уплотненного участка передачи информации к состоянию, соответствующему передаче информационного сигнала в отсутствие передачи служебных сигналов. На время приема информационного сигнала уплотненного участка блокируют процессы тактовой синхронизации и анализа состояния канала связи.
Способ может характеризоваться тем, что информационный сигнал уплотненного участка канала передают в составе кадра, включающего маркер, уплотненный участок передачи и участок передачи текущего информационного сигнала, а длительность служебных сигналов выбирают с учетом допустимого значения расхождения по фазе между передачей и приемом за счет нестабильности задающих генераторов, образующегося во время блокирования на приемной стороне канала тактовой синхронизации, при этом расхождение по фазе, полученное на уплотненном участке кадра, компенсируют подстройкой фазы на участке передачи в кадре текущего информационного сигнала.
Технический результат - исключение нарушений в приеме информационных сигналов, связанных с передачей служебных сигналов, создание условий для передачи служебных сигналов в штатных режимах эксплуатации и расширение перечня используемых служебных сигналов при одновременном снятии ограничений в пределах 10 километров на выбор расстояния между сопрягаемыми устройствами.
Особенность способа состоит в том, что при сохранении биимпульсного кодирования при передаче служебных и информационных сигналов и тактовой синхронизации по основному информационному сигналу на время передачи служебных сигналов организуется двухканальный режим передачи информации на скорости, вдвое превышающей текущую номинальную скорость информационного сигнала. Между источниками и потребителями информации временно создается уплотненный участок канала, по которому в биимпульсной форме одновременно передается служебная информация и информационный сигнал. Используется стартстопное встраивание уплотненного участка в информационный сигнал.
В процессе приема декодирования биимпульсов уплотненного участка, превращения информационной последовательности на участке из биимпульсной в бинарную, разделения информационной бинарной последовательности на два канала выделяются: служебная информация в виде отдельного отрезка бинарной последовательности, направляемая к приемнику служебной информации, и участок бинарной последовательности, принадлежащий информационному сигналу.
Бинарные информационные символы по мере поступления снова последовательно (символ за символом) перекодируется в биимпульсы, следующие со скоростью, соответствующей номинальной скорости передачи информации. При этом текущая фаза и смысловое содержание («1» или «0») сформированных биимпульсов приводятся к виду, соответствующему передаче на рассматриваемом участке данной информации при отсутствии передачи служебных сигналов.
Параллельно на время приема информации уплотненного участка одновременно с ее декодированием и разуплотнением временно блокируются процессы тактовой синхронизации и анализа состояния канала связи, запрещается передача информации уплотненного участка в направлении потребителя. Искаженный уплотнением участок в информационном сигнале последовательно (посимвольно) замещается восстановленными на номинальной скорости биимпульсами, соответствующими выделенному при разуплотнении информационному сигналу.
Процессы управления цикловой синхронизацией уплотнения и разуплотнения, тактовой синхронизацией и анализом состояния канала связи синхронизируются сигналом маркера, поступающим на передаче от источника служебных сигналов. В канале связи маркер передается на месте биимпульса, предшествующего началу передачи уплотненного участка. Под управлением маркера биимпульс информационного сигнала перекодируется. На его месте на удвоенной, по отношению к номинальной, скорости формируются два следующих друг за другом биимпульса, фаза каждого из которых повторяет фазу исходного биимпульса.
Биимпульс, располагающийся на месте второго импульса перекодированного биимпульса, используется в качестве опорного биимпульса при биимпульсном кодировании на передаче и биимпульсном декодировании на приемной стороне канала передаваемой на удвоенной скорости информации уплотненного участка. Биимпульс, размещаемый на месте первого импульса исходного биимпульса, используется при биимпульсном декодировании сигнала маркера.
Применяемое перекодирование обеспечивает выделение сигнала маркера на фоне биимпульсов информационного сигнала и возможность восстановления исходной формы для перекодированного биимпульса на приемной стороне канала.
В результате для потребителей информации обеспечиваются: передача и прием служебных сигналов и неискаженный, непрерывный прием следующих с постоянной номинальной скоростью информационных сигналов.
Такое техническое решение является дальнейшим расширением возможностей стыка С1-ФЛ-БИ. Взаимодействующие виды аппаратуры соединяются по четырехпроводному стыку, уплотненному не только сигналами тактовой синхронизации и информационными сигналами, но и большим объемом служебной информации.
Взаимодействующие виды аппаратуры могут устанавливаться в непосредственной близости (на автомобиле, корабле, самолете), в одном помещении общего здания, в соседних помещениях одного здания, размещаться в зданиях, расположенных в радиусе 5-10 километров друг от друга.
Существо изобретения поясняется графическими материалами, где на:
фиг. 1 изображены временные диаграммы, поясняющие принцип биимпульсного перекодирования исходного сигнала на передаче;
фиг. 2 - декодирование бимпульсных сигналов на приемной стороне канала связи;
фиг. 3 - тактовые последовательности импульсов, формируемые на передаче и приеме;
фиг. 4 - организация кадров при передаче уплотненных участков информации;
фиг. 5 - диаграммы, отражающие перекодирование биимпульсов в сигналы маркера;
фиг. 6 - диаграммы работы устройства уплотнения, в котором сигнал маркера, служебные сигналы и сигналы основного канала объединяются для передачи на одном общем участке группового канала;
фиг. 7 - диаграмма работы устройства, обеспечивающего на приемной стороне канала поиск и выделение сигнала маркера;
фиг. 8 - декодирование биимпульсной последовательности уплотненного участка канала и маркера в бинарную суммарную последовательность;
фиг. 9 - диаграмма разделения суммарной бинарной последовательности уплотненного участка на два бинарных участка;
фиг. 10 - восстановление биимпульсного кодирования на месте уплотненного участка канала;
фиг. 11 - перевод сигнала готовности и служебного сигнала с тактовых импульсов F2-у на тактовые импульсы F1;
фиг. 12, 13 - функциональные схемы передающего и приемного устройств, построенные на основе патентуемого способа.
Временные диаграммы, поясняющие принцип биимпульсного перекодирования исходного сигнала на передающей стороне канала связи, изображены на фиг. 1.
Каждому символу исходной информации (длительностью То) на передаче после перекодирования соответствует один биимпульс, состоящий из двух импульсов (длительностью То/2) разной полярности («10» или «01»). Порядок смены полярностей в биимпульсе или его фаза зависят от того, какой символ («1» или «0») передавался перед ним. Если передавалась «1», порядок смены полярностей сохраняется тем же (повторяется), если «0», изменяется на противоположный.
В виде сочетания импульсов двух разных полярностей биимпульсы передаются по кабельным соединительным линиям.
На фиг. 2 показано декодирование биимпульсных сигналов на приемной стороне канала связи. Первая строка представляет биимпульсный сигнал после входного устройства. После регистрации во входном устройстве используется соответствующая применяемой элементной базе однополярная форма представления сигнала.
Вторая строка является тактовой последовательностью 2F1, тактовые импульсы которой в процессе тактовой синхронизации подстраиваются под моменты смены полярностей (характеристические моменты синхронизации) во входном биимпульсном сигнале. Частота следования тактовых импульсов 2F1 равна 2F (частота F соответствует номинальной скорости передачи информационных символов в диапазоне номинальных скоростей 1200 бит/сек, 2400 бит/сек и т.д. до 48000 бит/сек на стыке С1-ФЛ-БИ, ГОСТ 27232-87).
Третья строка - это тактовые импульсы 2F2, формируемые параллельно с 2F1 и подстроенные под середины импульсов, составляющих биимпульсы. Последовательность 2F2 используется при регенерации (стробировании импульсов) биимпульсного сигнала. Биимпульсный сигнал после регенерации занимает четвертую строку.
Тактовая последовательность F1 формируется путем деления на «два» частоты следования 2F1. При этом для F1 возможно получение двух последовательностей (F1-1 и F1-2), отличающихся начальной фазой. Одна из последовательностей, выбранная случайным образом, используется для декодирования биимпульсного сигнала в бинарный. При декодировании сравниваются (путем стробирования) полярности одноименных импульсов соседних биимпульсов. Если полярности одинаковые, одинаковы фазы биимпульсов, формируется символ «1». Если полярности отличаются, фазы биимпульсов противоположны, формируется символ «0».
Из диаграммы на фиг. 2 видно, что при декодировании как с помощью F1-1, так и F1-2 получается одинаковый бинарный сигнал, отличие имеется только в начальном фазовом сдвиге (0,5 То).
Равноценность декодирования в двух фазовых положениях F1 создает возможность проведения тактовой синхронизации на удвоенной, по сравнению с номинальной, скорости. Благодаря этому обеспечивается избыточность в количестве характеристических моментов синхронизации.
Минимальная плотность моментов синхронизации для биимпульсного сигнала равна максимальной для бинарного. Их количество минимально при передаче информационных «0» (один момент синхронизации за период То) и максимально при передаче информационных «1» (два момента на периоде То).
Можно сократить число используемых моментов синхронизации без ущерба для устойчивости синхронизации. Это качество биимпульсного кодирования позволяет блокировать тактовую синхронизацию на приемной стороне канала связи при передаче служебных сигналов.
На фиг. 3 приведены тактовые последовательности импульсов, формируемые на передаче и приеме, с частотами от 8F до F, в различных сочетаниях используемые при аналитической обработке информации. При этом для частот следования от 8F до 2F тактовая синхронизация обеспечивает синхронность и синфазность приемных тактовых последовательностей с одноименными последовательностями передачи. Отличие между передачей и приемом состоит только в том, что на приемной стороне фаза для F1 и F2 с точностью до 0,5 To является случайной.
На фиг. 4 показана организация кадров при передаче уплотненных участков информации.
Избыточность по моментам синхронизации гарантирует быстрое вхождение в синхронизм и надежное поддержание синхронного состояния. Тем не менее, при отключении тактовой синхронизации синхронность тактовых последовательностей передачи и приема может нарушаться за счет нестабильности частот задающих генераторов.
Скорость изменения фазовых соотношений зависит от коэффициента нестабильности генераторов Кг=ΔFг/Fг. Согласно ГОСТ 27232-87 для стыка С1-ФЛ-БИ должны применяться генераторы с Кг не более 5-10-5.
-4
При противоположном направлении ΔF генераторов на передаче и приеме суммарный Кг увеличивается и в худшем случае может равняться 10.
Коэффициент Кг в пересчете (через коэффициент деления) на скорость передачи сохраняет то же значение Кг=ΔFг/Fг=ΔFном/Fном.
-4
Для скорости передачи 1200 бит/сек (частота следования информационных символов Fном=1200 Гц) получим ΔFмакс=Кг·Fном=10·1200 Гц=0,12 Гц.
Можно оценить для скорости 1200 бит/сек накопление расхождения по фазе между тактовыми последовательностями F передачи и приема за время передачи информации на уплотненном участке.
При F=0,12 Гц за 1 сек накапливается фазовый сдвиг в 12% от длительности То=1/Fном. Если длительность уплотненного участка канала, например, будет равна 40 тактам (40 То), то фазовый сдвиг за время отключения тактовой синхронизации составит 40/1200·12%=0,4%. По отношению к рабочей длительности импульса в составе биимпульса - это равно 0,8%.
Следует заметить, что полученное в рассмотренном примере значение фазового расхождения соизмеримо с точностью дискретной подстройки фазы тактовых импульсов. Для более стабильных генераторов оно будет ниже.
Если для всего диапазона скоростей на стыке С1-ФЛ-БИ использовать постоянную длительность (в количестве тактов) служебных сигналов, то расчетное процентное значение расхождения по фазе при изменении номинальной скорости передачи информации меняться не будет, так как при увеличении скорости пропорционально сокращается длительность биимпульсов и соответственно время передачи информации на уплотненном участке.
Вместе с тем, для того, чтобы фазовый сдвиг не увеличивался до опасных значений и компенсировался подстройкой по информационному сигналу, желательно ограничивать длительность служебных сигналов и дополнять каждую передачу уплотненного участка передачей текущего информационного сигнала.
Задача решается путем организации передачи уплотненных участков в составе кадров (фиг. 4), которые начинаются с маркера, далее следует уплотненный участок канала, остальная часть заполняется текущим информационным сигналом.
Кадры могут передаваться отдельно или группами. В группах сложные служебные сигналы распределяются (например, отдельные функциональные составляющие служебных сигналов) на несколько кадров. Группирование кадров и распределение служебной информации между кадрами создает условия для сокращения длительности уплотненного участка в составе кадра.
Каждый кадр имеет заголовок, содержащий порядковый номер кадра, функциональный идентификатор, адрес назначения и т.д. Следующий кадр не должен начинаться, пока не закончится предыдущий. Количество кадров, передаваемое за единицу времени, в общем случае переменно и определяется функциональной необходимостью. Для передачи кадров используется статистическое уплотнение канала. Возможны интервалы, характеризующиеся интенсивной передачей кадров, и длительные перерывы, когда они не передаются. Тем не менее, минимальное количество должно обеспечивать возможность ручного управления передачей служебных сигналов (примерно 10-15 кадров в секунду). При постоянной длительности кадров (измеряется числом тактов) их количество в единицу времени с возрастанием номинальной скорости передачи должно пропорционально увеличиваться.
Возможные функциональные решения, используемые при реализации способа, поясняется временными диаграммами (фиг. 5-11).
На фиг. 5 приведены диаграммы, отражающие перекодирование биимпульсов в сигналы маркера. Показаны два варианта перекодирования: для биимпульсов «10» и «01». Используются тактовые импульсы последовательностей 2F2, F1, F2.
На фиг. 6 представлены диаграммы работы устройства уплотнения, в котором сигнал маркера, служебные сигналы и информационные сигналы объединяются для передачи на одном общем участке группового канала.
Для упрощения, в качестве примера, для служебного сигнала выбрана длительность в шесть символов, для основного канала - отрезок из одиннадцати символов. Каждый символ на диаграмме в служебном сигнале и сигнале на участке основного канала обозначается двумя цифрами. Первая соответствует условному порядковому номеру символа, вторая, через тире - номеру канала. Основной канал (передача информационного сигнала) считается первым, служебный - вторым.
На первой строке показан принадлежащий первому каналу участок исходной бинарной информации, на третьей строке - биимпульсный участок информации, полученный после перекодирования в биимпульсы исходной информации.
При перекодировании формируется суммарная последовательность из тактовых импульсов (вторая строка), в которой тактовые F1 присутствуют постоянно, а F2 появляются в зависимости от результатов стробирования данными тактовыми информационных символов. Если строб фиксирует символ «1», тактовый импульс F2 встраивается в суммарную последовательность; если символ «0», импульс F2 не встраивается. Далее суммарная последовательность делится на два, и сигнал, сформированный на выходе делителя, отображает биимпульсную последовательность. При встраивании F2 фаза следующего биимпульса повторяет предыдущую, если встраивания нет, фаза меняется на противоположную.
Аналогичным образом формируется биимпульсный сигнал на уплотненном участке. Уплотнение начинается с формирования маркера. В маркер перекодируется биимпульсный символ основного канала под номером 3-1. Одновременно начинается отсчет времени передачи информации на уплотненном участке. M1 (производный импульс от маркера) запускает сигнал «Т уплотнения».
При уплотнении бинарные сигналы первого (информационного) и второго (служебного) каналов одновременно объединяются и перекодируются на удвоенной скорости в общую биимпульсную последовательность.
В качестве постоянно присутствующих тактовых импульсов используются импульсы последовательности 2F2, в качестве тактовых импульсов, стробирующих бинарные информационные последовательности, используются тактовые F2 для первого канала и F1 для второго. При этом бинарная последовательность второго канала предварительно сдвигается на 0,5 То относительно бинарной последовательности первого канала. Подключение к процессу уплотнения тактовых 2F2 управляется производным от «Т уплотнения» сигналом. Фаза первого биимпульса уплотненного участка формируется с учетом фазы второго (опорного) биимпульса в составе маркера, фаза второго биимпульса уплотненного участка кодируется относительно фазы первого биимпульса, и т.д. последовательно уплотняется весь участок.
Суммарная биимпульсная последовательность образуется на выходе делителя на два при делении на два суммарной тактовой последовательности (не показана). Биимпульсы первого и второго каналов чередуются и имеют вдвое меньшую, по сравнению с номинальной, длительность.
На фиг. 7 приведена диаграмма работы устройства, обеспечивающего на приемной стороне канала поиск и выделение сигнала маркера.
Первую строку занимают: несколько символов текущего биимпульсного сигнала, маркер и начальная часть информации уплотненного участка. С учетом уплотнения, при котором длительность импульсов в составе биимпульсов уплотненного участка равна То/4, регенерация осуществляется тактовыми импульсами 4F2, подстроенными под середины данных импульсов. Фиксация комбинаций в сигнале после регенерации производится группами по два импульса в границах периода тактовых импульсов 2F1. Применяемый вариант фиксации повышает достоверность поиска маркера. При этом используется синхронность и синфазность тактовых 2F1 на передаче и приеме. Решение последовательно принимается после каждой регистрации комбинаций для двух периодов 2F1. В данном случае биимпульсы при номинальной скорости передачи создают комбинации: «0000», «1111», «0011», «1100». После каждой из указанных комбинаций формируется интервал в два периода 2F1, в течение которого разрешается прием и декодирование маркера. Это связывает появление маркера с условиями его формирования на передаче и повышает достоверность поиска. После приема маркера действие разрешения на поиск маркера прекращается. На уплотненном участке комбинации, соответствующие передаче биимпульсов с номинальной скоростью, отсутствуют, в границах тактовых 2F1 уплотненного участка присутствуют только комбинации: «10» или «01», разрешение на поиск маркера не формируется. На уплотненном участке возможно появление комбинаций, идентичных по составу с маркером, но, в связи с отсутствием разрешения на поиск маркера, эти комбинации не декодируются.
В приведенном на диаграмме примере маркер регистрируется в виде комбинации «0101». Производным от маркера сигналом M1 запускается управляющий сигнал «Т уплотнения», определяющий одновременно интервал времени для приема и декодирования информации уплотненного участка и отключения тактовой синхронизации. Кроме того, формируется сигнал «замена», управляющий перекодированием маркера в исходный биимпульс основного канала. До выделения маркера перекодирование невозможно, поэтому оно происходит на два такта 2F1 позже его регистрации, в связи с чем основной информационный сигнал и перекодируемый маркер задерживаются на два такта 2F1.
На фиг. 8 показано декодирование биимпульсной последовательности уплотненного участка канала и маркера в бинарную суммарную последовательность, содержащую бинарный маркер и бинарный участок передачи служебных сигналов и сигналов основного канала.
При декодировании уплотненного участка используется тактовая последовательность 2F1-a, производная от тактовых 2F1 и 4F2, тактовые импульсы которой совпадают с серединами импульсов в составе биимпульсов участка. В качестве первого опорного биимпульса, с фазой которого сравнивается фаза первого биимпульса первого канала (4-1), используется второй биимпульс маркера, далее фаза первого импульса второго канала (1-2) сравнивается с фазой первого биимпульса канала (4-1) и т.д. последовательно декодируются все биимпульсы.
При декодировании сигнала маркера используется тактовая последовательность 2F2-a, производная от тактовых 2F2 и 4F2. При этом сравнивается фаза первого биимпульса маркера с фазой предшествующего биимпульса (2) основного канала, сформированного на номинальной скорости. Полученный бинарный символ обозначен как 3-1.
На фиг. 9 дана диаграмма разделения суммарной бинарной последовательности уплотненного участка на два бинарных участка, один из которых является служебным сигналом, другой информационным сигналом. При разделении используются две последовательности тактовых импульсов: F1-y и F2-y. Индекс «у» означает уплотнение.
F1-y соответствует F1 на передаче, F2-y соответствует F2 на передаче. Данные последовательности формируются при делении на два частоты тактовых импульсов 2F1 (третья строка). Аналогичное передаче соответствие фаз устанавливается маркером (M1).
F1-y и F2-y используются в качестве стробов, фиксирующих полярность бинарных символов, принадлежащих соответственно первому и второму каналам. В результате групповой сигнал разделяется и формируются две бинарные последовательности первого и второго каналов, со скоростью следования символов, равной номинальной.
Передаче служебного сигнала (второй канал) к приемнику служебных сигналов предшествует сформированный сигнал готовности.
На фиг.10 показано восстановление биимпульсного кодирования на номинальной скорости на месте уплотненного участка канала и замещение под управлением сигнала «коммутация» уплотненного участка восстановленным сигналом. Сигнал «коммутация» является производным от сигнала «Туплотнения».
Бинарные символы (первого канала и маркера) под управлением тактовых F1-y и F2-y снова перекодируются в биимпульсы. Применяется ранее описанный алгоритм. В качестве стробов, фиксирующих полярность бинарного сигнала, используются тактовые импульсы F2-y. При этом F1-y в формируемой суммарной последовательности присутствует постоянно, а F2-y встраивается в соответствии с результатами стробирования.
Перед началом коммутации информацию на участке канала, предшествующего участку уплотнения, необходимо дополнительно задержать на два такта 2F1. Задержка равна времени, затраченному на разуплотнение первого символа основного канала. В результате общая задержка для информации канала, с учетом задержки на перекодирование маркера, составляет четыре такта 2F1.
Правильность соотношения фаз и информационного содержания («1» или «0») биимпульсов в восстановленном сигнале основного канала обеспечивается предварительной синхронизацией кодирующего устройства (делитель на два) импульсом среднего фронта биимпульса номер два (2) основного канала (передается перед маркером) и тем, что перекодирование начинается с бинарного символа, соответствующего маркеру. Для синхронизации используется то обстоятельство, что направление (передний, задний) постоянно присутствующего среднего фронта любого биимпульса определяет его фазу.
На фиг. 11 показан перевод сигнала готовности и служебного сигнала с тактовых импульсов F2-y на тактовые импульсы F1. Эта операция необходима для согласования рабочей фазы служебного сигнала со случайной рабочей фазой декодированного сигнала основного канала, которая определяется последовательностью F1. Перевод осуществляется с помощью промежуточного переноса сигнала готовности и служебного сигнала на общую синхронную последовательность 2F2. В соответствии со случайно выбранной фазой последовательности F1 после перевода возможны два варианта начальной фазы для сигнала готовности и служебного сигнала.
Функциональные схемы передающего и приемного устройств, построенные с применением описанного способа, приведены на фиг. 12 и фиг. 13.
ПЕРЕДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО. В состав передающего устройства (фиг. 12) входят: 1 - датчик служебных сигналов, 2 и 3 - элементы памяти, обеспечивающие задержку на 0,5 То для входных сигналов, 4 - формирователь импульса, запускающего счетчик времени, 5, 6, 7, 8, 9 - клапаны, в качестве которых используются схемы «И», 10 - счетчик времени, 11 - схема «ИЛИ», объединяющая в общую последовательность выходные сигналы схем «И», 12 - делитель на два, на выходе которого формируется биимпульсный сигнал, 13 - выходное устройство, 14 - задающий генератор, 15 - делитель, формирующий тактовые последовательности импульсов.
В режиме работы, когда передается информация только основного информационного канала (первого канала), задействованы элементы: 5, 7, 11, 12, 13, 14, 15. Клапан 5 используется для стробирования тактовыми F2 информационных символов основного канала, результаты стробирования передаются на схему «ИЛИ». Клапан 7 постоянно открыт, через него на схему «ИЛИ» поступают тактовые импульсы F1. Клапаны 6, 8 и 9 закрыты. На схеме «ИЛИ» 11 последовательности объединяются в общую последовательность и подаются к делителю на два 12, с которого через выходное устройство 13 сформированный биимпульсный сигнал на номинальной скорости поступает в линию. В выходном устройстве 13 исходные биимпульсы преобразуются в импульсы разной полярности. Задающий генератор 14 и делитель 15 обеспечивают тактовое питание.
Переключением из режима передачи информации только основного канала в режим совмещенной передачи служебных сигналов и информации основного канала управляет сигнал «Т уплотнения».
Сигнал «Т уплотнения» закрывает клапан 7 и открывает клапаны 6 и 8. Клапан 6 используется для стробирования тактовыми импульсами F1 информационных символов служебного сигнала, через клапан 8 на схему «ИЛИ» 11 поступают тактовые импульсы 2F2, с выхода клапана 5 на схему «ИЛИ» продолжают передаваться импульсы, соответствующие результатам стробирования тактовыми F2 символов основного канала.
Начинается режим совместной передачи информации двух каналов с передачи сигнала маркера. Маркер поступает от датчика служебных сигналов 1 на элемент памяти 3, где задерживается на 0,5 То, и далее передается на клапан 9 и формирователь 4 импульса, запускающего счетчик времени 10.
На время присутствия маркера клапан 9 открывается и пропускает к схеме «ИЛИ» два тактовых импульса 2F2. В результате биимпульс основного канала, занимаемый маркером, перекодируется в канальный вариант сигнала маркера.
Через формирователь 4 импульса пуска сигнал маркера в виде запускающего импульса поступает на счетчик времени 10 и запускает его. Счетчик формирует сигнал «Т уплотнения», определяющий время передачи служебного сигнала и управляющий режимом работы.
Служебный сигнал от датчика служебных сигналов 1 подается на элемент памяти 2, где задерживается на 0,5 То, и далее поступает на клапан 6.
На схеме «ИЛИ» 11 суммируются все последовательности: соответствующие маркеру, результатам стробирования информационных символов основного канала и служебного сигнала, а также тактовые 2F2. Суммарная последовательность передается к делителю на два 12. Биимпульсный сигнал с выхода делителя на два передается на выходное устройство 13.
От делителя, формирующего тактовые импульсы, на датчик служебных сигналов 1 подается последовательность F кадров, регламентирующая длительность кадров и контролирующая очередность и максимальную плотность их передачи. При этом F кадров определяет период и возможное место передачи служебного сигнала, но сама передача во время текущего периода может быть или, если в этом нет необходимости, отсутствовать. F кадров является тактовой последовательностью, опрашивающей датчик служебных сигналов.
F кадров увеличивается пропорционально возрастанию номинальной скорости передачи. Например, если при скорости 1200 бит/сек максимальная F кадров равна 15/сек, то для 2400 бит/сек при постоянной длительности кадра (в тактах) она будет составлять 30/сек, для 4800 бит/сек - соответственно 60/сек и т.д.
ПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО. Функциональная структурная схема приемного устройства изображена на фиг. 13.
Элементы 21, 22, 23, 24 относятся к элементам общего применения: 21 - задающий генератор, 22 - устройство дискретной автоматической подстройки фазы тактовых импульсов (ДАПФ), в состав которого входит делитель частоты, формирующий тактовые последовательности импульсов, 23 - анализатор состояния канала, 24 - входное устройство.
На схеме различаются три направления в обработке информационного сигнала.
Первое обслуживается элементами 25, 26, 27, 28, 29, где: 25 - регенератор импульсов основного канала, 26 и 28 элементы задержки в основном канале информации, на каждом из которых информационный сигнал задерживается на два такта 2F1, при этом 26 компенсирует задержку, связанную с выделением маркера, 28 - задержку, полученную при декодировании и разуплотнении уплотненного участка, 27 - элемент замены, на котором маркер заменяется исходным биимпульсом, 29 - выделитель фронтов.
Второе включает элементы: 30, 31, 32. Здесь 30 - регенератор импульсов уплотненного участка, 31 - выделитель и декодер сигнала маркера, 32 - счетчик времени и формирователь сигналов: Т уплотнения и коммутация.
В составе третьего элементы: 33, 34, 35, 36. При этом 33 - элемент задержки сигнала регенератора 30 на четыре такта 4F1, компенсирующий задержку, необходимую для выделения маркера, 34 - декодер биимпульсного сигнала на уплотненном участке канала, 35 - устройство, обеспечивающее разделение бинарной информации уплотненного участка на служебный и информационный сигналы, 36 - кодирующее устройство, преобразующее бинарные информационные сигналы в биимпульсы.
Элементы 37, 38, 39,40 относятся к элементам общего назначения. Элемент 37 - коммутатор, через который обеспечиваются либо передача биимпульсов текущей информации канала, либо передача восстановленных на месте уплотненного участка биимпульсов информационного сигнала, 38 - декодер биимпульсного сигнала основного канала, 39 - сопрягающее устройство, обеспечивающее перевод сигнала готовности и выделенных служебных сигналов с тактовых импульсов F1-y и F2-y на тактовые F1, 40 - приемник служебных сигналов.
Работа приемного устройства. Входной биимпульсный сигнал с линии поступает на входное устройство 24, где регистрируется и преобразуется к однополярной форме представления. От входного устройства биимпульсный сигнал параллельно подается на регенераторы 25, 30 и устройство тактовой синхронизации, включающее задающий генератор - 21 и ДАПФ - 22. Устройство тактовой синхронизации обеспечивает тактовым питанием все элементы приемного устройства. От устройства тактовой синхронизации на анализатор 23 состояния канала связи поступают импульсы фронтов (характеристические моменты синхронизации) и тактовая последовательность номинальной частоты F. В анализаторе контролируются: характерное для номинальной скорости распределение импульсов фронтов (характеристических моментов синхронизации) и, как следствие, соответствие установленного на приеме значения (1200 бит/сек, 2400 бит/сек и т.д. в пределах диапазона) номинальной скорости установленному значению номинальной скорости принимаемого биимпульсного сигнала, а также нарушения в распределении, связанные со снижением соотношения сигнал/помеха в канале связи. При несоответствии номинальных значений скоростей и недопустимо низких соотношениях сигнал/помеха на выходе анализатора формируется сигнал «наличие канала», используемый для блокирования работы декодера 38 и приемника 40 служебных сигналов. Сигнал «наличие канала» формируется интегрально, время усреднения составляет период от долей секунды до секунды. Искажения, связанные с уплотнением канала при передаче служебных сигналов (увеличение скорости), кратковременны и блокируются под управлением сигнала «Т уплотнения» путем отключения от анализатора импульсов фронтов (заменой импульсов фронтов тактовыми импульсами F1). Одновременно в ДАПФ 22 сигнал «Т уплотнения» временно блокирует процесс тактовой синхронизации. При этом формирование тактовых импульсов и тактовое питание сохраняются.
В части первого направления биимпульсный сигнал номинальной скорости с помощью тактовых 2F2 регенерируется в регенераторе 25, при этом исправляются возможные краевые искажения импульсов, составляющих биимпульсы, и следует через регистр задержки 26 на узел замены 27 и далее через регистр задержки 28 на коммутатор 37. Если передачи служебного сигнала нет, преобразований в узле замены не происходит, и коммутатор пропускает биимпульсную информационную последовательность на декодирование в декодер 38, откуда после декодирования она направляется к потребителю информации основного канала. При отсутствии маркера импульсы фронтов на выходе выделителя фронтов 29 не формируются.
Если идет передача информации уплотненного участка, поиск и выделение маркера, все происходит аналогично, за исключением перекодирования маркера в декодере 31 в исходный биимпульс и замены маркера в узле замены 27 на перекодированный в декодере биимпульс, после чего информационный сигнал передается на коммутатор. После того как перекодированный биимпульс маркера пройдет через коммутатор, в коммутаторе производится переключение на передачу к декодеру восстановленного биимпульсного сигнала от третьего направления. Параллельно под управлением маркера и тактовых 8F2 разрешается формирование импульса фронта в выделителе фронтов.
В отношении второго направления, которое работает с информацией уплотненного участка, в регенераторе 40 с помощью тактовых 4F2 исправляются краевые искажения импульсов в составе биимпульсов, принимаемых на удвоенной, по сравнению с номинальной, скорости, далее биимпульсный сигнал поступает в декодер маркера 31. Здесь выделенный сигнал маркера преобразуется в сигналы управления, один из которых осуществляет запуск счетчика времени 32, другой синхронизирует формирование тактовых импульсов F1-y и F2-y и разделение информации уплотненного участка в устройстве 35. Одновременно осуществляется перекодирование маркера в исходный биимпульс основного канала.
Счетчик отсчитывает в тактах 2F1 время передачи информации на уплотненном участке канала и обеспечивает формирование управляющих сигналов: «Т уплотнения» и «коммутация». Сигнал «Т уплотнения» определяет время работы устройства разделения каналов и время блокирования тактовой синхронизации. Сигнал «коммутация» подается на коммутатор и определяет время, в течение которого происходит замещение биимпульсной информации уплотненного участка информацией восстановленного биимпульного сигнала.
В части, касающейся третьего направления, которое также работает с информацией уплотненного участка, информационный биимпульсный сигнал от регенератора 30 через регистр задержки - 33 (на четыре такта 4F1) поступает на декодер 34, где биимпульсный сигнал уплотненного участка и сигнал маркера преобразуются в бинарные сигналы. Задержка на регистре компенсирует задержку, связанную с поиском и декодированием маркера в декодере 31. Суммарная бинарная последовательность, содержащая информацию первого (основного информационного) и второго (служебного) каналов, подается на устройство разделения каналов 35. После разделения суммарной бинарной информационной последовательности между первым и вторым каналами информация второго канала (служебный сигнал), сопровождаемая сигналом готовности, поступает на устройство сопряжения 39, где переводится вместе с сигналом готовности с тактовых F2-y на тактовые F1 и передается к приемнику служебных сигналов, а информация первого (основного) канала передается на кодирующее устройство 36, где с помощью тактовых F1-y и F2-y преобразуется в биимпульсы основного канала, замещающие информацию уплотненного участка. Синхронизация кодирующего устройства 36 осуществляется импульсами фронтов-2, получаемыми от биимпульсов основного канала, за которыми следует передача маркера. Импульсы фронтов-2 поступают с выхода выделителя фронтов 29. Биимпульсному перекодированию бинарных сигналов основного канала предшествует биимпульсное перекодирование бинарного сигнала маркера, который передается на кодирующее устройство 36 от декодера 34.
Применение патентуемого способа передачи служебных сигналов обеспечивает для сопрягаемой аппаратуры высокую степень автономности.
Допустимые расстояния между взаимодействующими видами аппаратуры можно увеличить, повышая помехоустойчивость и достоверность передачи информации, используя избыточное кодирование, обнаружение и исправление ошибок. В частности, при передаче служебных сигналов можно использовать циклические (n; k) коды. С учетом того, что используется дуплексный канал, обеспечивающий прямую и обратную связь, достаточно обнаружения ошибок на приемной стороне канала и запросов повторной передачи кадров, в которых обнаружены ошибки, для их исправления. Отдельной цикловой синхронизации для циклического кодирования не требуется. Передача маркера может одновременно обеспечить цикловую синхронизацию при уплотнении служебной информации и цикловую синхронизацию кодирующих устройств. Циклическое кодирование обеспечивает не только помехоустойчивость, но и дополнительную идентификацию служебных сигналов.