RU2197061C2

RU2197061C2 - Data transmission method

Info

Publication number: RU2197061C2
Application number: RU2000104570/09A
Authority: RU
Inventors: ков А.Б. Чист; А.Б. Чистяков
Original assignee: Чистяков Александр Борисович
Priority date: 2000-02-23
Filing date: 2000-02-23
Publication date: 2003-01-20

Abstract

FIELD: data transmission over wire communication lines. SUBSTANCE: method is characterized in that signal encoded for transmission is shaped from source binary code in the form of triple-layer code that has two unlike-polarity and one zero voltage levels; zero voltage level is inserted in bits transmitting one logic meaning. Novelty is that zero voltage level is inserted in bits transmitting logic zeroes so that length of respective bit intervals increases by one third compared with those transmitting logic ones; initial phase of signals for bits of both logic levels does not change and equals zero. EFFECT: enhanced transmission range. 18 dwg

Description

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в цифровых системах передачи информации, например в локальных вычислительных сетях. The invention relates to computer technology and can be used in digital information transfer systems, for example, in local area networks.

При передаче данных по линиям связи наиболее распространенным является фазоманипулированный код типа Манчестер II (Шевкопляс Б.В. Микропроцессорные структуры. Инженерные решения. М.: Радио и связь, 1990, с. 89-91, 97-101). К основным достоинствам этого кода относятся: использование только одного канала передачи, самосинхронизация данных в каждом кодовом интервале, отсутствие постоянной составляющей в спектре и наличие только двух уровней напряжения в выходном сигнале (фиг.1а, b). Однако дальность передачи в проводных линиях связи ограничивается вследствие частотной дисперсии скорости распространения и коэффициентов затухания для различных составляющих в спектре сигнала и определяется АЧХ и ФЧХ линии. Наибольшее влияние на форму оказывает относительное увеличение низкочастотных составляющих в спектре сигнала вследствие их наименьшего затухания в линии передачи, что приводит к потере устойчивости сигнала относительно нулевой линии. Все это в свою очередь приводит к ограничению дальности передачи информации и снижению надежности ее декодирования. When transmitting data over communication lines, the most common is the phase-manipulated code of type Manchester II (Shevkoplyas B.V. Microprocessor structures. Engineering solutions. M: Radio and Communications, 1990, pp. 89-91, 97-101). The main advantages of this code include: the use of only one transmission channel, self-synchronization of data in each code interval, the absence of a constant component in the spectrum and the presence of only two voltage levels in the output signal (figa, b). However, the transmission range in the wired communication lines is limited due to the frequency dispersion of the propagation velocity and attenuation coefficients for various components in the signal spectrum and the frequency response and phase response of the line is determined. The greatest influence on the shape is exerted by the relative increase in the low-frequency components in the signal spectrum due to their least attenuation in the transmission line, which leads to a loss of signal stability relative to the zero line. All this, in turn, leads to a limitation of the transmission range of information and a decrease in the reliability of its decoding.

Задачей изобретения является модификация кода, использующего один канал передачи, которым является фазоманипулированный код, посредством введения одинаковой начальной фазы передающей частоты для бит обоих логических уровней и увеличения длительности "нулевого" битового интервала на одну треть за счет использования дополнительного уровня напряжения. The objective of the invention is to modify the code using one transmission channel, which is a phase-shifted code, by introducing the same initial phase of the transmitting frequency for the bits of both logical levels and increasing the duration of the "zero" bit interval by one third due to the use of an additional voltage level.

Технический результат изобретения - создание кода с высокой устойчивостью относительно нулевой линии, что будет соответствовать увеличению дальности передачи. The technical result of the invention is the creation of a code with high stability with respect to the zero line, which will correspond to an increase in the transmission range.

Указанный технический результат в предлагаемом способе передачи информации, использующем для передачи один канал, при котором кодированный сигнал формируется таким образом, что временная пауза между предыдущим и последующим битами, равная половине периода передающей частоты, определяет предыдущий бит как носителя логического нуля, а отсутствие паузы дает его определение как носителя логической единицы (фиг.2а, b). The specified technical result in the proposed method of transmitting information using one channel for transmission, in which the encoded signal is formed in such a way that a time pause between the previous and subsequent bits, equal to half the period of the transmitting frequency, determines the previous bit as a carrier of logical zero, and the absence of a pause gives its definition as a carrier of a logical unit (figa, b).

Основное преимущество предлагаемого кода перед фазоманипулированным - передача данных на одной частоте, вследствие чего улучшаются передающие свойства сигнала. "Нулевой" битовый интервал равен битовому интервалу фазоманипулированного кода, что делает информационную посылку в предлагаемом коде короче. На фиг.3 а, b показаны длительности посылок в обоих кодах. Из этого следует, что передающая частота должна быть в полтора раза выше, чем верхняя частота двухчастотного сигнала. Последнее обстоятельство в свою очередь приводит к более быстрому затуханию сигнала в линии передачи. В общем случае это является недостатком моночастотного кода, хотя величина затухания будет определяться амплитудно-частотной характеристикой конкретного типа коаксиального кабеля и может быть незначительной. The main advantage of the proposed code over the phase-shifted code is the transmission of data at one frequency, as a result of which the transmitting properties of the signal are improved. The “zero” bit interval is equal to the bit interval of the phase-shifted code, which makes the information package in the proposed code shorter. Figure 3 a, b shows the duration of the parcels in both codes. It follows that the transmitting frequency should be one and a half times higher than the upper frequency of the two-frequency signal. The latter circumstance, in turn, leads to faster attenuation of the signal in the transmission line. In the general case, this is a disadvantage of the monofrequency code, although the attenuation value will be determined by the amplitude-frequency characteristic of a particular type of coaxial cable and may be insignificant.

Ширина спектра сигнала, занимаемая двухчастотным кодом, определяется выражением П ≈ 2,6Δf + 0,55В, где Δf - разность верхней и нижней логических частот, В - скорость передачи информационных бит. Полоса сигнала моночастотного кода будет равна передающей частоте. При использовании кода Манчестер II с несущей частотой 10 МГц, полоса сигнала будет, следовательно, равна П ≈ 2,6Δf + 0,55В=15,75 МГц, где скорость передачи, бит, определяется в данном случае нижней логической частотой. Соответственно для моночастотного кода П = 15 МГц, т.е. полосы сигналов с использованием обоих сравниваемых кодов приблизительно равны. Из этого следует что по каналу, используемому для передачи фазоманипулированного кода, может передаваться и моночастотный код без увеличения пропускной способности канала. The width of the signal spectrum occupied by the two-frequency code is determined by the expression P ≈ 2.6Δf + 0.55V, where Δf is the difference between the upper and lower logical frequencies, and B is the bit rate of information bits. The signal band of the monofrequency code will be equal to the transmitting frequency. When using the Manchester II code with a carrier frequency of 10 MHz, the signal band will therefore be equal to P ≈ 2.6Δf + 0.55V = 15.75 MHz, where the transmission speed, bit, is determined in this case by the lower logical frequency. Accordingly, for the monofrequency code P = 15 MHz, i.e. signal bands using both compared codes are approximately equal. It follows that the channel used to transmit the phase-shifted code can also transmit a monofrequency code without increasing the channel capacity.

Увеличение передающей частоты в полтора раза будет означать увеличение скорости передачи информационных бит источником. С увеличением равновероятности обоих символов, скорость создания сообщений источником при сохраняющейся пропускной способности канала возрастает в среднем в 1,2 раза. Поскольку длительность посылок может увеличиваться по отношению к коду NRZ до полутора раз, то очевидно, что при использовании моночастотного кода, устройства ввода - вывода передатчика и приемника должны работать в режиме обмена по прерыванию, либо в режиме асинхронного обмена. An increase in the transmitting frequency by one and a half times will mean an increase in the transmission rate of information bits by the source. With an increase in the equiprobability of both symbols, the speed of creating messages by the source with the channel bandwidth remaining increased on average by 1.2 times. Since the duration of the packets can increase up to one and a half times with respect to the NRZ code, it is obvious that when using a monofrequency code, the input / output devices of the transmitter and receiver must work in interrupt mode or in asynchronous mode.

В отличие от фазоманипулированного кода, количество положительных и отрицательных импульсов при любой длине посылки абсолютно равно, что хотя и несущественно, но все же улучшает передающие свойства сигнала при прохождении через реактивные цепи. Достоинством предлагаемого кода является отсутствие канала синхронизации, однако по сравнению с фазоманипулированным кодом восстановление передаваемого сигнала построено по другому принципу. В ретрансляторах и в приемнике нет необходимости в использовании "часов" для формирования меток времени, которые бы фиксировали приходящие биты. Факт присутствия бита и его логический уровень устанавливаются тремя тактами, которые формируются последовательно тремя уровнями напряжения, относительно начала битового интервала. Unlike the phase-shifted code, the number of positive and negative impulses at any length of the transmission is absolutely equal, which, although not essential, nevertheless improves the transmitting properties of the signal when passing through reactive circuits. The advantage of the proposed code is the lack of a synchronization channel, however, compared to the phase-shifted code, the restoration of the transmitted signal is constructed according to a different principle. In repeaters and in the receiver, there is no need to use a “clock” to form timestamps that would fix incoming bits. The fact of the presence of a bit and its logical level are set by three clock cycles, which are formed sequentially by three voltage levels, relative to the beginning of the bit interval.

Рассмотрим один из вариантов реализации кодирующего устройства, где униполярный код NRZ сначала преобразуется путем перераспределения длительности "нулевых" и "единичных" битовых интервалов как показано на фиг.3b. Consider one embodiment of an encoder where the unipolar NRZ code is first converted by redistributing the lengths of the “zero” and “single” bit intervals as shown in FIG. 3b.

Схема, реализующая такое преобразование (фиг.4), работает следующим образом. Информационные биты поступают со сдвигового регистра 1 на одновибратор 2, преобразующий положительный скачок напряжения в импульс, поступающий на триггер 3. Триггер работает в режиме переключения и переключается только при смене "нулевых" бит на "единичные". На вход С счетчика 4 с генератора поступает импульсная последовательность. Количество импульсов определяет длительность битового интервала. Если формируется "единичный" битовой интервал, то импульс с N-го выхода декодера 5 через элементы 6, 7 и 8 обнуляет счетчик и одновременно сдвигает содержимое регистра 1 на одну позицию вперед. По этому же принципу получаем и "нулевой" интервал, используя в этом случае (N+ΔN)-й вывод декодера 5, соответствующий большему количеству тактов. При этом N-й выход блокируется запрещающим уровнем на элементе 6. The circuit that implements such a transformation (figure 4) works as follows. Information bits come from shift register 1 to one-shot 2, converting a positive voltage step into a pulse supplied to trigger 3. The trigger works in switching mode and switches only when the "zero" bits are changed to "single" ones. At the input From the counter 4, a pulse sequence is supplied from the generator. The number of pulses determines the length of the bit interval. If a “single” bit interval is formed, then the pulse from the Nth output of decoder 5 through elements 6, 7 and 8 resets the counter and simultaneously shifts the contents of register 1 one position forward. By the same principle, we obtain the “zero” interval, using in this case the (N + ΔN) -th output of decoder 5, corresponding to a larger number of clock cycles. In this case, the Nth output is blocked by the inhibit level on element 6.

Преобразованный таким образом код NRZ подается с выхода триггера 3 на схему, показанную на фиг.5, на выходе которой получаем кодированный сигнал (фиг.6). Сигнал подается через элемент 2 (фиг.5) на вход R счетчика 4 и через инвертор 1 на вход R триггер 5. Счетчик, используемый для формирования "нулевого" бита, и на вход С которого подается тактовая частота с генератора импульсов, обнуляется на каждом третьем такте через элементы 3 и 2. Частота следования импульсов такова, что в "нулевом" битовом интервале умещаются только три, а в "единичном" - два такта. Выходные значения счетчика подаются на адресные входы мультиплексора 6, на информационных входах которого присутствуют напряжения трех уровней. Триггер 5 задействован для получения "единичного" бита и работает как переключатель, т.е. делитель на два. Его выходы также подаются на адресные входы мультиплексора 7, на информационные входы которого поданы напряжения двух уровней. The NRZ code thus transformed is supplied from the output of trigger 3 to the circuit shown in FIG. 5, at the output of which we obtain an encoded signal (FIG. 6). The signal is fed through element 2 (Fig. 5) to the input R of the counter 4 and through the inverter 1 to the input R of trigger 5. The counter used to generate the “zero” bit, and to the input of which the clock frequency is supplied from the pulse generator, is reset to zero the third cycle through elements 3 and 2. The pulse repetition rate is such that in the "zero" bit interval only three fit, and in the "single" - two cycles. The output values of the counter are fed to the address inputs of the multiplexer 6, at the information inputs of which there are voltages of three levels. Trigger 5 is used to receive a “single” bit and acts as a switch, i.e. divisor by two. Its outputs are also fed to the address inputs of the multiplexer 7, the information inputs of which are supplied with voltage of two levels.

Высокая достоверность декодирования обеспечивается тем, что два разнополярных и один промежуточный ("нулевой") уровни напряжения фиксируются с достаточно большой допустимой погрешностью, что при известном коэффициенте затухания для моночастотного сигнала и отсутствии фазочастотных искажений позволяет точно восстановить его двоичное значение. High reliability of decoding is ensured by the fact that two opposite-polarity and one intermediate ("zero") voltage levels are recorded with a sufficiently large permissible error, which, with a known attenuation coefficient for a mono-frequency signal and the absence of phase-frequency distortions, allows you to accurately restore its binary value.

Схема на фиг.7 преобразует уровни напряжений в тактовые импульсы. Опорные напряжения Е₁, Е₂ и Е₃ компараторов 1, 2 и 3 подобраны так, что в случае прихода на их вторые входы положительного напряжения срабатывают все компараторы, а соответствующий отклик - импульс появляется на выходе I. Если напряжение близко к нулевому, срабатывают компараторы 2 и 3, а импульс снимается с выхода II. В случае отрицательного напряжения происходит срабатывания компаратора 3, а соответствующий импульс получаем на выходе III.The circuit of FIG. 7 converts voltage levels into clock pulses. The reference voltages E ₁ , E ₂ and E _{3 of the} comparators 1, 2 and 3 are selected so that in case of a positive voltage coming to their second inputs, all the comparators are triggered, and the corresponding response, the pulse appears at the output I. If the voltage is close to zero, they are triggered comparators 2 and 3, and the pulse is removed from output II. In the case of a negative voltage, the comparator 3 is triggered, and the corresponding pulse is obtained at output III.

"Расщепленный" таким образом сигнал подается на схему дешифрации (фиг. 8). Если приходят последовательно несколько "единичных" бит, то соответствующие им импульсы согласно схеме на фиг.7 будут появляться только на I и II входах и через элементы 8 и 9 поступать на счетчики 2 и 3. Отчет ведет только один из них, поскольку второй всегда отключен благодаря подаче запрещающего уровня на вход сброса R, поступающего с триггера 1, работающего в режиме переключения. Работающий счетчик имеет разрешающий уровень на входе R, поступающий с другого выхода триггера. The signal "split" in this way is fed to the decryption circuit (Fig. 8). If several “single” bits come sequentially, then the pulses corresponding to them, according to the diagram in Fig. 7, will appear only at I and II inputs and through the elements 8 and 9 will go to counters 2 and 3. Only one of them will report, since the second one always disabled due to the supply of the inhibitory level to the reset input R coming from the trigger 1 operating in the switching mode. The working counter has a resolution level at the input R coming from the other output of the trigger.

В работе счетчиков принимают участие только по два младших выходных разряда. На третьем такте они выдают адрес входа, соответствующего работающему счетчику мультиплексора 4 или 5 (фиг.8), на который подано напряжение, соответствующее логической единице. Скачок напряжения на выходе Y мультиплексора подается на схему 6 или 7 (фиг.8), которая вырабатывает два последовательных коротких импульса (обозначены цифрами, обведенными кружками). Первый из них через элементы 10 и 11 переключает триггер и меняет местами включенный и отключенный счетчики. Этот же импульс устанавливает наличие "единичного" бита, поступая на одновибратор 12, с выхода которого снимается положительный импульс с длительностью, несколько превышающей первоначальную длительность "единичного" битового интервала моночастотного кода. Второй импульс с выхода схемы 6 или 7 подается на включенный счетчик, который отсчитывает первый такт. Only two lower output bits are involved in the work of the counters. On the third step, they give out the address of the input corresponding to the working counter of the multiplexer 4 or 5 (Fig. 8), to which a voltage corresponding to a logical unit is applied. The voltage jump at the output Y of the multiplexer is fed to circuit 6 or 7 (Fig. 8), which generates two consecutive short pulses (indicated by numbers circled in circles). The first of them through the elements 10 and 11 switches the trigger and swaps the on and off counters. The same pulse establishes the presence of a “single” bit, arriving at the single-shot 12, from the output of which a positive pulse is taken with a duration slightly exceeding the initial duration of the “single” bit interval of the monofrequency code. The second pulse from the output of circuit 6 or 7 is fed to the on counter, which counts the first clock cycle.

Два следующих такта вновь поступают со входов I и II. На третьем такте появляется скачок напряжения на входе Y соответствующего мультиплексора и т. д. Если череда "единиц" сменяется "нулями", на входе III появляются соответствующие импульсы. Импульс на входе III через элемент 11 переключает триггер, обнуляя, таким образом, содержимое счетчика, успевшего к этому моменту принять два такта со входов I и II. Этот же импульс подается на одновибратор 13, с инверсного выхода которого получаем "нулевую" паузу, равную по длительности битовому интервалу для лог. 0. В итоге с выхода элемента 14 получаем сигнал, показанный на фиг.3b. The next two measures come again from inputs I and II. At the third step, a voltage surge appears at the input Y of the corresponding multiplexer, etc. If a series of “units” is replaced by “zeros”, corresponding pulses appear at input III. The pulse at input III through the element 11 switches the trigger, thus resetting the contents of the counter, which by this time had taken two cycles from inputs I and II. The same pulse is fed to a single-shot 13, from the inverse output of which we get a "zero" pause, equal in duration to the bit interval for the log. 0. As a result, from the output of element 14, we obtain the signal shown in Fig. 3b.

Работа дешифратора поясняется временными диаграммами на фиг.9 на примере конкретного кодированного сигнала (фиг.9а). На фиг.9b показаны сигналы на выходах схем 6 и 7. The operation of the decoder is illustrated by the timing diagrams in Fig. 9 using an example of a specific encoded signal (Fig. 9a). On fig.9b shows the signals at the outputs of circuits 6 and 7.

На фиг.9с показан сигнал на выходе дизъюнктора 11. На фиг.9d, e показаны сигналы, снимаемые с выхода одновибратора 12 от поступающих на его вход через элемент 10 разных импульсов со схем 6 и 7. На фиг.9f показан сигнал на инверсном выходе одновибратора 13. С выхода конъюнктора 14 (фиг.9h) снимается выходной сигнал, который, поступая далее на схему (фиг.5), проходит полный цикл восстановления. Последний бит в посылке, передаваемый с использованием моночастотного кода, всегда заканчивается "нулевым" уровнем напряжения. Его можно рассматривать как стоповый бит или как паузу между посылками, если ее значение не превышает один бит. Fig. 9c shows the signal at the output of the disjunctor 11. Fig. 9d, e shows the signals taken from the output of the one-shot 12 from the different pulses received from element 6 through circuits 10 and 7 from it. Fig. 9f shows the signal at the inverse output single-shot 13. The output signal is removed from the output of the conjunctor 14 (Fig. 9h), which, going further to the circuit (Fig. 5), goes through a full recovery cycle. The last bit in a packet transmitted using a monofrequency code always ends with a “zero” voltage level. It can be considered as a stop bit or as a pause between packets if its value does not exceed one bit.

Claims

A method of transmitting information using one transmission channel, namely, that the signal encoded for transmission is generated from the source binary code in the form of a three-level code having two different polarity and zero voltage levels, while the zero voltage level is entered into bits transmitting one logical value, characterized in that the zero voltage level is introduced into bits transmitting logical zeros, so that the duration of the corresponding bit intervals increases by one third compared to bit inter Alami transmitting logical units, wherein the initial signal phase for both logic levels of bits remains constant and equal to zero.