CN103378923A

CN103378923A - 基于频率调制的基带传输编码方法及其装置

Info

Publication number: CN103378923A
Application number: CN2012101138698A
Authority: CN
Inventors: 金勇�; 王旭; 王舸
Original assignee: BEIJING QF POS TECHNOLOGY Co Ltd; DSPREAD TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING QF POS TECHNOLOGY Co Ltd; DSPREAD TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-04-18
Filing date: 2012-04-18
Publication date: 2013-10-30

Abstract

本发明公开了一种基于频率调制的基带传输编码方法、包括所述编码方法的基带传输方法以及相应的编码装置。所述编码方法包括以下步骤：对于待传输的二进制数据，从一高电平或者一低电平开始编码；使用具有第一持续时间的任一高电平或者低电平来表示二进制数字0，使用具有第二持续时间的任一高电平或者低电平来表示二进制数字1，其中，所述第一持续时间不同于第二持续时间；以及使所述高电平和低电平始终交替出现，以在每个码元开始处产生一电平跳变，所述电平跳变为同步信号。按照本发明，能够在实现自同步的同时，明显提升编码效率以及数据传输效率。

Description

基于频率调制的基带传输编码方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种基带传输编码方法及其装置，具体而言，涉及一种基于频率调制的基带传输编码方法、包括所述编码方法的基带传输方法以及相应的编码装置。

背景技术

数字信号可以直接采用基带传输，所谓基带是指基本频带。基带传输就是在线路中直接传送数字信号的电脉冲，这是一种最简单的传输方式。近距离通信的局域网一般采用基带传输。

在基带传输过程中，需要进行数字信号编码。目前，现有的编码方式主要包括以下三种：不归零编码(NRZ，Non-Return to Zero)、曼彻斯特编码(Manchester)以及差分曼彻斯特编码(DM)。

不归零编码(NRZ)的特征在于，采用两种电平分别来表示二进制数字0、1。例如，常以高电平(H)表示1，低电平(L)表示0，如附图1中的NRZ码波形所示。这种编码方式具有简单、易实现的优点。但缺点是，它不具备自同步机制，必须使用外同步，数据的传输效率低。而且，由于该编码中直流分量的存在，使得传输中无法使用变压器等设备。

曼彻斯特编码(Manchester)则规定，在每个码元的中间必须发生跳变，并以电压的变化来表示二进制数字0和1。如以高电平到低电平的跳变(H→L)表示1，以低电平到高电平的跳变(L→H)表示0，参见附图1中的M码波形。由于每个码元中间都要发生跳变，接收端可将此变化提取出来作为同步信号，使得接收端的时钟与发送端的时钟保持一致。显然，曼彻斯特编码是一种自同步码(Self-Synchronizing Code)，它具有自同步机制，而无需外同步。

差分曼彻斯特编码(DM)与曼彻斯特编码的相同之处在于，在每个码元的中间，信号都会发生跳变；二者的不同之处在于，差分曼彻斯特编码(DM)以在码元开始处(边缘处)有无跳变来表示0和1。一般情况下，该编码以码元开始处有跳变表示0，以码元开始处无跳变表示1，如附图1中的DM码波形所示。差分曼彻斯特编码也是一种自同步码，由于一位的中间必须跳变，它和曼彻斯特编码都属于归零编码(Return to Zero)。

如前文所述，曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码在每一个位中都有跳变，能够自同步，克服了不归零编码在同步上的缺陷。但是，曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码的效率均为1/2，即，用2个波特表示一位数据，编码效率不高。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有基带传输编码方式所存在的上述缺陷，提供一种新的基于频率调制的基带传输编码机制，从而在实现自同步的同时，提升编码效率。

本发明的上述目的通过提供基于频率调制的基带传输编码方法、基带传输方法以及相应的编码装置而实现。

根据第一方面，提供一种基于频率调制的基带传输编码方法，包括以下步骤：对于待传输的二进制数据，从一高电平或者一低电平开始编码；使用具有第一持续时间的任一高电平或者低电平来表示二进制数字0，使用具有第二持续时间的任一高电平或者低电平来表示二进制数字1，其中，所述第一持续时间不同于第二持续时间；以及使所述高电平和低电平始终交替出现，以在每个码元开始处产生一电平跳变，所述电平跳变为同步信号。

在第一方面中，优选的是，所述第一持续时间为第二持续时间的两倍，或者所述第二持续时间为第一持续时间的两倍。

根据第二方面，提供一种基于频率调制的基带传输方法，包括以下步骤：根据上述第一方面所述的编码方法，对于待传输的二进制数据进行编码；对编码后的二进制数据进行高频滤波；以及将滤波后的二进制数据发送到信道上进行传输。

在第二方面中，优选的是，所述信道为音频信道。

根据第三方面，提供一种基于频率调制的基带传输编码方法，包括以下步骤：对于待传输的二进制数据，以高速LED的亮状态或者灭状态起始编码；使用高速LED的具有第一持续时间的任一亮状态或者灭状态来表示二进制数字0，使用高速LED的具有第二持续时间的任一亮状态或者灭状态来表示二进制数字1，其中，所述第一持续时间不同于第二持续时间；以及使所述高速LED的亮状态和灭状态始终交替出现，以在每个码元开始处产生一亮灭变换，所述亮灭变换为同步信号。

在第三方面中，优选的是，所述第一持续时间为第二持续时间的两倍，或者所述第二持续时间为第一持续时间的两倍。

根据第四方面，提供一种基于频率调制的基带传输编码装置，所述编码装置包括：起始编码装置，对于待传输的二进制数据，其用于从一高电平或者一低电平开始编码；数字信号表示装置，使用具有第一持续时间的任一高电平或者低电平来表示二进制数字0，使用具有第二持续时间的任一高电平或者低电平来表示二进制数字1，其中，所述第一持续时间不同于第二持续时间；以及同步信号产生装置，用于使所述高电平和低电平始终交替出现，以在每个码元开始处产生一电平跳变，所述电平跳变为同步信号。

在第四方面中，优选的是，所述第一持续时间为第二持续时间的两倍，或者所述第二持续时间为第一持续时间的两倍。

根据第五方面，提供一种基于频率调制的基带传输编码装置，所述编码装置包括：起始编码装置，对于待传输的二进制数据，其用于以高速LED的亮状态或者灭状态起始编码；数字信号表示装置，使用高速LED的具有第一持续时间的任一亮状态或者灭状态来表示二进制数字0，使用高速LED的具有第二持续时间的任一亮状态或者灭状态来表示二进制数字1，其中，所述第一持续时间不同于第二持续时间；以及同步信号产生装置，用于使所述高速LED的亮状态和灭状态始终交替出现，以在每个码元开始处产生一亮灭变换，所述亮灭变换为同步信号。

在第五方面中，优选的是，所述第一持续时间为第二持续时间的两倍，或者所述第二持续时间为第一持续时间的两倍。

按照本发明的基带传输编码机制进行编码时，在每个码元的开始处都产生一次电平跳变或LED的亮灭状态变换，由此能够实现自同步。同时，在数据中0和1分布较均匀的情况下，本发明的编码效率为2/3左右。与曼彻斯特编码相比，采用本发明的编码机制可将编码效率提高33％。由此，数字信号的基带传输效率也得以明显提高。

附图说明

为更好地理解本发明，下文以实施例结合附图对本发明作进一步说明。附图中：

图1为现有技术的三种基带传输编码的波形图；

图2为本发明一实施例的基带传输编码的波形图。

具体实施方式

首先，定义一组编码过程中使用的符号集合{Sk(k＝0-N-1)，N为编码符号集合元素的个数}(以下简称“符号集合”)。并且，符号集合中的每一个元素Sk(以下简称“编码符号”)是由M个比特的映射。一般情况下，N＝2^M。具体而言，对于二进制编码，M＝1，N＝2；对于四进制编码，M＝2，N＝4；依次类推。

同时，定义编码符号使用的波形集合{Wk(k＝0-D-1)，D为波形集合元素的个数}。这里，波形集合选取的基本原则是差异性，只要所有的元素两两相异即可。元素个数D一般等于编码符号元素的个数，这样，便于接收时区分出波形后与编码符号一一对应。

根据本发明，基于频率调制的基带传输编码方法的详细过程如下。

一、对于符号集合的元素个数为2的编码(即，二进制编码)，以数据比特0表示S0，数据比特1表示S1。或者，以数据比特0表示S1，数据比特1表示S0。

二、以符号持续时间区分不同的编码符号，这意味着，不同编码符号所占用的传输时间不同。对于二进制编码，为了处理方便起见，优选地，使用1倍符号持续时间T和2倍符号持续时间2T分别表示S0和S1。或者，可替换地，使用1倍符号持续时间T和2倍符号持续时间2T分别表示S1和S0。需要指出，用以区分符号S0、S1的不同符号持续时间之间也可以为其他比例，例如，它们可以是(T，3T)，或者(2T，5T)，等等，只要能够区分出不同的持续时间即可。

三、对于波形集合中元素个数为2的情况，W0和W1是两种不同的波形。

四、使用电平来表示上述波形集合中的2个元素，W0和W1可分别表示高电平和低电平，或者W0和W1可分别表示低电平和高电平。

五、在二进制编码且波形集合只有2个元素的情况下，W0和W1的持续时间是前述二中所述的T和2T，分别表示S0和S1或者S1和S0。

六、在上述情况下，该编码方法的特点在于，编码可以从W0或者W1开始；编码后的波形特征是W0和W1交替出现，直到编码结束；任何一个波形W0或者W1，其持续时间可能是T或者2T。

换言之，根据本发明，基于频率调制的基带传输编码方法可包括以下步骤：对于待传输的二进制数据，从一高电平或者一低电平开始编码；使用具有第一持续时间的任一高电平或者低电平来表示二进制数字0，使用具有第二持续时间的任一高电平或者低电平来表示二进制数字1，其中，所述第一持续时间不同于第二持续时间；使所述高电平和低电平始终交替出现，以在每个码元开始处产生一电平跳变，所述电平跳变为同步信号。

例如，若使用具有1倍符号持续时间T的高电平及低电平表示0(S0)、使用具有2倍符号持续时间2T的高电平及低电平表示1(S1)，则附图2中的两个波形图均对应二进制数据000101101的编码。只不过上图以高电平(W1)开始编码，而下图以低电平(W0)开始编码。在本发明的编码方法中，起始电平并不影响编码。

本发明中，也可采用高速LED的亮或灭状态来替代前文所述的高电平或低电平，进而以具有不同持续时间的亮或灭状态来分别表示二进制数字0和1，以每一次亮灭状态的变换作为同步信号。相应的编码方法如下：对于待传输的二进制数据，以高速LED的亮状态或者灭状态起始编码；使用高速LED的具有第一持续时间的任一亮状态或者灭状态来表示二进制数字0，使用高速LED的具有第二持续时间的任一亮状态或者灭状态来表示二进制数字1，其中，所述第一持续时间不同于第二持续时间；以及使所述高速LED的亮状态和灭状态始终交替出现，以在每个码元开始处产生一亮灭变换，所述亮灭变换为同步信号。

使用本发明的编码方法进行通信的流程一般是，某个CPU上的上层应用软件发起通信请求，将待传输的二进制数据发给编码模块，由编码模块对该二进制数据按照前述的编码方法进行编码后，滤波器再对其进行相应的高频滤波，滤波后的数据被直接发送到信道上传输。在信道的另一端，另外一个设备对信道上的电平信号进行采样，并提取码元中的同步信号，译码后将二进制串发给上层应用，完成通信。

在具体应用中，编解码部分可由软件模块实现，可采用硬件逻辑电路直接实现，也可通过微处理器实现。

与曼彻斯特编码类似，本发明的编码及传输方法可应用于计算机网络通信，也可应用于其他异步通信的场合。例如，通过音频信道传输数字信息时，一般音频信道的有效频宽只有20KH左右，由于本发明的编码方法比曼彻斯特编码的效率高33％，因此，本发明尤其适用于通过音频信道传输数据。又如，本发明也更适用于通过光通信进行数字信息传输的场合，此种情形下，如前文所述，可使用高速LED不同持续时间的亮和灭状态分别来表示二进制数字0和1。

显而易见，在此描述的本发明可以有许多变化，这种变化不能认为偏离本发明的精神和范围。因此，所有对本领域技术人员显而易见的改变，都包括在所附权利要求书的涵盖范围之内。

Claims

1.一种基于频率调制的基带传输编码方法，包括以下步骤：

对于待传输的二进制数据，从一高电平或者一低电平开始编码；

使用具有第一持续时间的任一高电平或者低电平来表示二进制数字0，使用具有第二持续时间的任一高电平或者低电平来表示二进制数字1，其中，所述第一持续时间不同于第二持续时间；以及

使所述高电平和低电平始终交替出现，以在每个码元开始处产生一电平跳变，所述电平跳变为同步信号。

2.如权利要求1所述的编码方法，其特征在于，所述第一持续时间为第二持续时间的两倍，或者所述第二持续时间为第一持续时间的两倍。

3.一种基于频率调制的基带传输方法，包括以下步骤：

根据权利要求1或2所述的编码方法，对于待传输的二进制数据进行编码；

对编码后的二进制数据进行高频滤波；以及

将滤波后的二进制数据发送到信道上进行传输。

4.如权利要求3所述的基带传输方法，其特征在于，所述信道为音频信道。

5.一种基于频率调制的基带传输编码方法，包括以下步骤：

对于待传输的二进制数据，以高速LED的亮状态或者灭状态起始编码；

使用高速LED的具有第一持续时间的任一亮状态或者灭状态来表示二进制数字0，使用高速LED的具有第二持续时间的任一亮状态或者灭状态来表示二进制数字1，其中，所述第一持续时间不同于第二持续时间；以及

使所述高速LED的亮状态和灭状态始终交替出现，以在每个码元开始处产生一亮灭变换，所述亮灭变换为同步信号。

6.如权利要求5所述的编码方法，其特征在于，所述第一持续时间为第二持续时间的两倍，或者所述第二持续时间为第一持续时间的两倍。

7.一种基于频率调制的基带传输编码装置，所述编码装置包括：

起始编码装置，对于待传输的二进制数据，其用于从一高电平或者一低电平开始编码；

数字信号表示装置，使用具有第一持续时间的任一高电平或者低电平来表示二进制数字0，使用具有第二持续时间的任一高电平或者低电平来表示二进制数字1，其中，所述第一持续时间不同于第二持续时间；以及

同步信号产生装置，用于使所述高电平和低电平始终交替出现，以在每个码元开始处产生一电平跳变，所述电平跳变为同步信号。

8.如权利要求7所述的编码装置，其特征在于，所述第一持续时间为第二持续时间的两倍，或者所述第二持续时间为第一持续时间的两倍。

9.一种基于频率调制的基带传输编码装置，所述编码装置包括：

起始编码装置，对于待传输的二进制数据，其用于以高速LED的亮状态或者灭状态起始编码；

数字信号表示装置，使用高速LED的具有第一持续时间的任一亮状态或者灭状态来表示二进制数字0，使用高速LED的具有第二持续时间的任一亮状态或者灭状态来表示二进制数字1，其中，所述第一持续时间不同于第二持续时间；以及

同步信号产生装置，用于使所述高速LED的亮状态和灭状态始终交替出现，以在每个码元开始处产生一亮灭变换，所述亮灭变换为同步信号。

10.如权利要求9所述的编码装置，其特征在于，所述第一持续时间为第二持续时间的两倍，或者所述第二持续时间为第一持续时间的两倍。