CN1142712A - 收发数据符号长度不同的全双工数据通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明所提出的通信系统包括一种新颖的收发机，这种收发机由于发送和接收的数据用了不同的符号长度从而能以全双工的模式进行工作。收发机在第一时间间隔期间向通信链路发送第一种数据，而在大于第一时间间隔并与第一时间间隔的一部分交叠的第二时间间隔期间接收第二种数据。在一个实施例中，收发机在第一时间间隔期间将发送装置接到通信链路，而在第二时间间隔的不与第一时间间隔交叠的部分将接收装置接到通信链路。

Description

收发数据符号长度不同的全双工数据通信系统

本发明涉及全双工通信系统技术领域。具体地说，本发明涉及利用不同的数据符号长度发送和接收数据的系统有关。

半双工数据通信系统由于在发送和接收数据之间存在固有延迟往往是不受欢迎的。虽然在“乒乓”型半双工系统中发生的往返行程延迟可以减小，但系统就复杂了。现有的一些全双工数据通信系统利用了诸如频分多路复用之类的技术，这需要使用如调制解调器、多路复用器、多路分路器、滤波器等昂贵的系统部件。全双工光数据链路(ODL)利用了诸如频分多路复用之类的技术，而这也要求使用如光耦合器、分光器、波长路由选择器等专用器件。在一些全双工数据通信系统的应用中，例如通过现有的电缆设施或新型的光纤为家庭提供宽带数据服务之类，费用是一个很关键的问题。

因此，要求开发一种能用于电缆和/或光纤系统的结构简单、成本低廉的全双工数据通信技术。

本发明所提出的数据通信系统采用一种新颖的收发机，这种收发机由于发送和接收的数据采用不同的符号长度，从而能以全双工的模式进行工作。收发机在第一时间间隔内向通信链路发送第一种数据，而在第二时间间隔内从通信链路接收第二种数据。第二时间间隔大于第一时间间隔，而且第二时间间隔与第一时间间隔部分交叠。收发机在第一时间间隔期间将发送装置接到通信链路上，发送第一种数据；而在第二时间间隔中不与第一时间间隔交叠的部分将接收装置接到该通信链路上，检测所接收的第二种数据。在一个实施例中，第一种和第二种数据在收发机内是不能根据表示第一种和第二种数据的信号的谱内容来区分的。

在本说明的附图中：

图1为本发明所提出的全双工数据通信系统的示例性方框图；

图2为出现在系统的主控台和受控台的发射和接收的数据脉冲的例示图；

图3示出了主控台和受控台的方框图；

图4为本发明所提出的光数据通信系统的示例性方框图；

图5示出了法布里—珀罗激光器的典型工作特性；以及

图6示出了图4的激光器在发射和接收工作模式期间的偏置情况的例示图。

在以下说明中，各附图中的每一项或方框的标号的第一位数字分别标记首次出现在那个附图的图号(例如：110首次出现在图1中)。

图1所示的是发送和接收数据采用不同的符号长度的全双工数据通信系统的示例性方框图。由图可见，这种系统有一个主控台(下面也称为主控收发机)100和一个受控台(下面也称为受控收发机140，通过通信链路120连接。按照本发明，主控台100在第一时间间隔期间通过通信链路120向受控台140发送第一种(例如，具有第一符号长度)数据。主控台100配置成在第二时间间隔期间从通信链路120接收第二种数据。第二时间间隔大于第一时间间隔，并且第二时间间隔可能部分与第一时间间隔交叠，这取决于通信链路120的传播延迟。由于利用比较长的第二时间间隔来接收数据，因此主控台可以将接收数据与发送数据区分开来，即使是这两种数据不能根据表示发送和接收数据的信号的频谱成分加以区分时也是如此。这是用开关107(例如场效应管FET开关)来实现。开关107在第一时间间隔(发送模式)期间将发送电路接到通信链路120上，而在第二时间间隔的不与第一时间间隔交叠的部分将接收电路接到通信链路120上。开关107在从线105上的发送数据信号得到定时的控制电路109的控制下进行工作。

受控台140接收发来的数据，从中恢复出时钟信号，用来对受控台140向主控台100的数据发送进行同步。因此，在受控台140，所接收的数据并不与向主控台100发送的数据交叠。

按照本发明，通信链路120可以是无线链路，也可以是导线对、电缆或光纤链路。此外，发送和接收的数据脉冲可以是二进制电平或其他多电平的脉冲。更概括一些地说，在第一和第二时间间隔发送的数据可以认为是一个可以是一个或多个数据比特的数据符号。如果数据符号是多个数据比特，那么这些比特必需配置成能在第二时间间隔的不与第一时间间隔交叠的部分加以检测。为简单起见，下面的说明都是以一个数据符号就是一个数据比特为背景的。

在图1所示的主控台100中，从线101接收到的发送数据在变换电路103变换成所需的数据符号形式(如数据脉冲)，并用发送时钟104进行同步。变换电路103的输出端通过线105接到在控制电路109的控制下工作的开关107。控制电路109可以用从变换电路103接收到的数据脉冲，也可以用从时钟104接收到的时钟脉冲来产生控制信号(注意，受控台140的控制电路149不是这样)，加到线110上。线110上的控制信号控制开关107的位置。开关107在第一时间间隔期间能使发送数据脉冲输出到线114上，而在第二时间间隔内能使从线114接收到的任何数据脉冲加到接收线111上。接收的数据脉冲经接收检测器112的检测作为接收数据，输出给线113。

开关107通过线114接到链路接口115上。链路接口115将发送数据脉冲变换成适合在通信链路120上传输的数据脉冲形式。链路接口115还将从通信链路120接收到的数据脉冲变换成符合主控台100要求的数据脉冲形式。例如，链路接口115可以将线114上的基带电数据信号变换成基带调制的电、无线或光信号加到通信链路120上，和将从通信链路120接收到的基带调制的电、无线或光信号变换成基带电数据信号加到线114上。例如，主控台100可以配置成以基带电数据脉冲进行工作，而通信链路120可以是一个光通信链路，因此就要用链路接口115来进行电—光和光—电数据脉冲变换。这样，主控台100的基带电数据脉冲由链路接口115变换成光数据脉冲，在光通信链路120上传输；而从光通信链路120接收到的光数据脉冲也会由链路接口115变换成基带电脉冲，供主控台100使用。

在受控台140中，链路接口155以与链路接口115相同的方式进行工作。链路接口155的输出端通过线154接到开关(如FET开关)147。开关147使受控台140从发送数据模式切换到接收数据模式。在发送模式期间，线141上的发送数据由变换电路143变换成所需形式，并在线145上输出。变换电路143的工作情况与变换电路103相同，但用的是由时钟恢复电路146从开关147输出的接收数据脉冲得出的接收时钟144。在线151上接收到的数据脉冲还由工作方式与接收检测器112相同的接收检测器152检测，以产生接收数据信号153。开关147在由控制电路149产生的控制信号150的控制下进行工作。控制电路149是从由变换电路143在线145上输出的发送数据脉冲得到定时的。因此，控制电路149和变换电路143都由时钟恢复电路146定时。按照本发明，受控台140在相邻两次接收数据之间的时间间隔内进行发送。

下面结合图1和2详细说明本发明的工作原理。图2a的左半侧所示是主控台100发送数据流011作为到受控台140的二进制短脉冲(时间间隔T1)。图2a的右半侧所示是受控台140所接收到的退化的二进制数据脉冲。受控台140在时钟恢复电路146使接收时钟144与从线151上的接收数据脉冲中得出的发送时钟104同步前一直工作在接收模式。受控台140一旦与发送时钟140同步，就可以开始发送比特，如图2b的右半侧所示。这些比特仅在比特周期的不被主控台100发送的数据所占用的部分(即时间间隔T2)期间发送。受控台140发送的退化的数据脉冲经随机延迟到达主控台100，延迟量由主控台和受控台之间的通信链路120的长度确定的。由于受控台140发送的数据脉冲比较长，所以不可能完全被主控台100发送的数据脉冲叠合。这样，即使受控台数据脉冲到达主控台100时主控台100正在发送主控台数据脉冲(见图2b左半侧)，受控台数据脉冲的未被交叠的部分也是可用接收检测器112加以检测的。图2c左半侧示出了从开关107得到的表示接收数据的输出数据脉冲(T2-T1)。开关107在控制电路109的控制下将线105上的发送数据(发送模式)切换到线111(接收模式)上。如前面所述，控制电路109从线105上的发送数据信号得到定时。图2c右半侧示出了开关147输出的接收数据。

应该注意的是，由于发送数据脉冲的幅度可能比接收数据脉冲的幅度大得多，因此在许多实际系统中发送数据脉冲下降到“无脉冲”电平所需的时间与比特周期相比将不容忽视。通常，这在光数据链路比在电数据链路更为容易发生。所以，在各种实际系统中，控制电路109需要产生宽度大于线105上的发送数据信号的脉冲宽度的脉冲。这样，第一时间间隔(T1)应该大于或等于主控台发送数据脉冲的脉冲宽度(TM)而小于接收数据脉冲的脉冲宽度(即第二时间间隔T2)。时间间隔T1应选择成能保证主控台发送数据脉冲下降到是以不影响对接收数据脉冲的接收。此外，时间间隔T2-T1应该足够长，以保证使主控台100能对接收数据脉冲进行接收和解码。

下面将结合图3说明本发明的一个较详细的方框图。在主控台100的这个具体实施例中，链路接口315是一个放大器，将发送数据信号发大后送至通信链路120。开关电路307所示为一个逻辑电路，其传递函数如相应真值表所示。在这个实施例中，假设发送数据脉冲的宽度TM等于时钟脉冲304的宽度。控制电路309将时钟脉冲变换成宽度等于时间间隔T1的脉冲。这些脉冲加到逻辑电路307(以下称为开关或开关电路)的输入端A。输入端B所示为直接接到通信链路120。如图中真值表所示，只有在输入端A没有输入(逻辑0)时输出端C才有输出。因此，开关307仅在放大器315不输出发送数据脉冲期间才将来自通信链路120的接收数据信号送至接收检测器312。其余电路303和312的工作情况分别与前面所说明的图1的电路103和112相同。

在受控台140的这个具体实施例中，链路接口355(基本上与链路接口315相同)将受控台发送数据脉冲送至通信链路120。逻辑电路347(以下称为开关或开关电路)的工作情况与上述开关307相同。因此，开关347对从通信链路120接收到的信号进行选通，在输入端A为逻辑0时，即只在受控台140不发送数据期间，将该信号通过输出端C送至时钟恢复电路346和接收检测器352。时钟恢复电路346产生接收时钟344。接收检测器352用接收时钟344对恢复接收数据信号351进行定时。接收时钟344由延迟电路348延迟，从而产生发送时钟349。延迟量选择成保证受控台140的发送数据脉冲交插(interleaved)在接收数据脉冲之间，如图2b右半侧所示。变换电路343用发送时钟349产生并定时发送数据脉冲，通过通信链路120发送。变换电路343的输出端将发送数据送至开关电路347的输入端A，而开关电路347的输入端B接到通信链路120上。于是，开关电路347用发送数据脉冲(出现在输入端A’)有选择地选通通信链路120上的如图2b右半侧所示的组合信号(出现在输入端B)，从而产生如图2C右半侧所示的接收信号351。

下面将结合图4说明本发明的另一个示例性实施例。在这个实施例中，通信链路420是光纤，而链路接口415和455各自都有一个法布里—珀罗激光器。根据本发明的一个方面，这个法布里—珀罗激光器用作收发器，即既用来发送数据脉冲又用来接收数据脉冲。由于用这种价格低廉的激光器既作为发送器又作为接收器，因此就不需要用分主的光接收器(如光检测器)和将发送数据脉冲与接收数据脉冲分开所必需的分光器。

图5示出了法布里—珀罗激光器的典型工作特性。如图所示，当激光器电流超过门限I_th时，载流子密度N高到足以使激光器发光。当激光器电流小于I_t-h但大于透明电流(transparencycurrent)It时，激光器可以像检测器那样进行工作，但不幸的是检测性能很受极化的影响。我们发现在低于透明门限I_t的电流区，激光检测性能不错，而且受极化的影响相当小。如果激光器加上反向偏置或不加偏压(在这两种情况下均无电流流入激光器)，激光器也可用作一个有效的检测器。在这种工作模式下，结果表明这种激光器恰如一个受极化影响很小的检测器。

在图4所示的系统中，在链路接口415和455中所用的激光器仅在电压脉冲从发送的逻辑“1”充分下降以后才能作为接收器进行工作。虽然这个非零的下降时间(由激光器的电容所引起)限制了系统的数据传输率，但这一点可以随着具有更小电容的新激光器的开发而得到改善。本发明对这非零下降时间的处理是将时间间隔T1设置成比发送数据脉冲宽度TM长二个时间量，该量比激光器下降时间还要大一些。

下面结合图4和6说明链路接口415中的激光器的工作情况。在图4所示配置中，变换电路303控制对接口415中的激光器的偏置。在主控台发送时间TM期间，当激光器发送一个光信号(如逻辑1数据)时，变换电路303将激光器偏置到或超过门限电流I_th(601)。如果不要激光器发送一个光信号(如逻辑0数据)，则将激光器偏置到低于门限电流I_th，如602所示(注意，甚至可以不加偏置或反向偏置)。在TM外但在时间间隔T1内的这些时间，激光器被偏置到低于门限I_th(603)。同样，激光器甚至可以不加偏置或反向偏置。如上所述，在这段时间内激光器截止，发出的光信号下降为零。

在T1外和T2内的这些时间间隔内(或者更一般地说，在所有不是T1的这些时间)，激光器被偏置成作为一个良好的检测器进行工作，因此偏置到低于I_t，如604所示。(在一些优选实施例中，激光器可以不加偏置或甚至反向偏置。)

在接收模式期间(即T2-T1)，激光器检测通过光链路420从受控台140接收的光信号。所检测的光信号使得激光器两端(即线114上)的信号电压发生改变。这电压送至开关307的输入端B。开关307的输入端A接至控制电路309的输出端。

在受控台140的接口455内的激光器的工作情况与在接口415内的激光器的相同。接收到的光信号由接口455的激光器变换成电信号，送至开关347的输入端B。开关347的输入端A上加的是变换电路343产生的分离的受控台发送信号。在一个优选实施例中，开关307和347可以是如图1的107和147所示那样的场效应管(FET)或其他类型的开关，而不是图中所示的逻辑门。

图4的主控台100和受控台140的其余电路部件的工作情况与前面对图3所作的说明相同。

虽然本发明是以使用法布里—珀罗半导体激光器为例进行说明的，但也可以使用诸如发光二极管或光子集成收发器之类其他类型的半导体激光器或光收发器。

此外，虽然本发明是以在受控台140使用时钟恢复电路346为例进行说明的，但也可以在受控台140使用一个能精确测定受控台140的允许发送时间间隔T2的独立时钟源。在这个实施例中，受控台140要用接收数据的时间间隔T1的反端作为触发来开始发送数据的时间间隔T2。

这里所说明的只是应用本发明原理的一些示例性实施方式，熟悉该技术领域的人可以根据本发明的精神形成其他一些配置和方法，这都属于本发明的专利保护范围之内。

Claims (26)

1.一种在通信链路上发送和接收数据的收发机，其特征是所述收发机包括：

发送装置，其作用是在第一时间间隔期间将第一种数据发送到通信链路上；以及

接收装置，其作用是在第二时间间隔期间接收通信链路上的第二种数据，第二时间间隔大于第一时间间隔，而且与第一时间间隔的一部分交叠，

其中所述第一种数据和第二种数据在所述收发机不能根据表示所述第一种数据和第二种数据的信号的频谱分量加以区分。

2.权利要求1所提出的收发机，其特征是所述收发机还包括：

开关装置，其作用是在第一时间间隔期间将发送装置接到通信链路，而在第二时间间隔的不与第一时间间隔交叠的部分将接收装置接到通信链路。

3.权利要求1所提出的收发机，其特征是所述收发机还包括一个逻辑电路，用来从发送数据中减去接收数据。

4.权利要求1所提出的收发机，其特征是其中所述第一时间间隔小于预定数据间隔的二分之一，而所述第二时间间隔大于第一时间间隔但小于预定数据间隔减去第一时间间隔。

5.权利要求1所提出的收发机，其特征是其中所述第二种数据是单个数据符号，可由接收装置在第二时间间隔的不与第一时间间隔交叠的部分加以检测。

6.权利要求1所提出的收发机，其特征是其中所述第一种数据是单个数据比特。

7.权利要求1所提出的收发机，其特征是其中所述第一种数据是包括一个或多个数据比特和数据符号。

8.权利要求1所提出的收发机，其特征是其中所述第一种数据是具有一个或多个顺序数据符号的数据分组。

9.一种在通信链路上发送和接收数据的光收发机，其特征是所述光收发机包括：

发送装置，其作用是在第一时间间隔期间发送通过通信链路第一种数据；以及

接收装置，其作用是在第二时间间隔期间通过通信链路接收第二种数据，第二时间间隔大于第一时间间隔，而且与第一时间间隔的一部分交叠。

10.权利要求9所提出的光收发机，其特征是其中所述第一种数据和第二种数据在所述收发机不能根据表示所述第一种数据和第二种数据的信号的频谱分量加以区分。

11.权利要求9所提出的光收发机，其特征是其中所述发送装置和接收装置都是光装置，而所述通信链路是光纤。

12.权利要求11所提出的光收发机，其特征是其中所述发送装置和接收装置包括一个由这两个装置共用的激光器。

13.权利要求11所提出的光收发机，其特征是其中所述发送装置和接收装置包括一个由这两个装置共用的发光二极管。

14.权利要求11所提出的光收发机，其特征是其中所述发送装置和接收装置包括一个光子集成(photonic integrated)激光器/检测器电路。

15.权利要求9所提出的光收发机，其特征是所述光收发机还包括：

开关装置，其作用是在第一时间间隔期间将发送装置接到通信链路，而在第二时间间隔的不与第一时间间隔交叠的部分将接收装置接到通信链路。

16.权利要求9所提出的光收发机，其特征是所述光收发机还包括一个逻辑电路，用来从发送数据中减去接收数据。

17.权利要求9所提出的收发机，其特征是其中所述第一时间间隔小于预定数据间隔的二分之一，而所述第二时间间隔大于第一时间间隔但小于预定数据间隔减去第一时间间隔。

18.一种包括在通信链路上发送和接收数据的主控收发机和受控收发机的全双工数据通信系统，其特征是所述系统包括：

在主控收发机的

第一装置，其作用是在第一时间间隔期间通过通信链路向受控收发机发送第一种数据，

第二装置，其作用是在第二时间间隔期间接收受控收发机通过通信链路发来的第二种数据，第二时间间隔大于第一时间间隔，而且与第一时间间隔的一部分交叠；

以及在受控收发机的

第三装置，其作用是在第二时间间隔期间通过通信链路向主控收发机发送第二种数据，

第四装置，其作用是在第一时间间隔期间接收主控收发机通过通信链路发来的第一种数据；

其中所述第一种数据和第二种数据无论在所述主控收发机还是在所述受控收发机都不能根据表示所述第一种数据和第二种数据的信号的频谱分量加以区分。

19.权利要求18所提出的系统，其特征是其中所述主控收发机和受控收发机各都装有一个逻辑电路，用来分离接收数据和发送数据。

20.权利要求18所提出的系统，其特征是其中所述第一时间间隔小于预定数据间隔的二分之一，而所述第二时间间隔大于第一时间间隔但小于预定数据间隔减去第一时间间隔。

21.权利要求18所提出的系统，其特征是其中：

所述主控收发机还包括一个发送时钟，用来确定第一时间间隔；其中

所述受控收发机从接收到的主控收发机发来的第一种数据恢复一个时钟信号，用所恢复的这个时钟信号对发送数据的第三装置进行定时。

22.一种包括在通信链路上发送和接收数据的主控光收发机和受控光收发机的全双工光数据通信系统，其特征是所述系统包括：

在主控收发机的

第一装置，其作用是在第一时间间隔期间通过通信链路向受控收发机发送第一种数据，

第二装置，其作用是在第二时间间隔期间接收受控收发机通过通信链路发来的第二种数据，第二时间间隔大于第一时间间隔，而且与第一时间间隔的一部分交叠；

以及在受控收发机的

第三装置，其作用是在第二时间间隔期间通过通信链路向主控收发机发送第二种数据，

第四装置，其作用是在第一时间间隔期间接收主控收发机通过通信链路发来的第一种数据。

23.权利要求22所提出的系统，其特征是其中所述第一种数据和第二种数据无论在所述主控收发机还是在所述受控收发机都不能根据表示所述第一种数据和第二种数据的信号的频谱分量加以区分。

24.权利要求22所提出的系统，其特征是其中所述用来发送数据的第一、第三装置和用来接收数据的第二、第四装置都是光装置，而所述通信链路是光纤。

25.一种控制收发机在通信链路上发送和接收数据的方法，其特征是所述方法包括下列步骤：

在第一时间间隔期间通过通信链路第一种数据发送；以及

在大于第一时间间隔并与第一时间间隔的一部分交叠的第二时间间隔期间接收通信链路上的第二种数据，所述第二种数据是不能根据表示第一种数据和第二种数据的信号的频谱分量与第一种数据区分的。

26.一种控制光收发机在通信链路上发送和接收数据的方法，其特征是所述方法包括下列步骤：

在第一时间间隔期间通过通信链路第一种数据发送；以及

在大于第一时间间隔并与第一时间间隔的一部分交叠的第二时间间隔期间接收通信链路上的第二种数据，所述第二种数据是不能根据表示第一种数据和第二种数据的信号的频谱分量与第一种数据区分的。

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