CN1148920A - 具有信道转换装置的数据通信系统 - Google Patents

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CN1148920A
CN1148920A CN95193203A CN95193203A CN1148920A CN 1148920 A CN1148920 A CN 1148920A CN 95193203 A CN95193203 A CN 95193203A CN 95193203 A CN95193203 A CN 95193203A CN 1148920 A CN1148920 A CN 1148920A
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戈登·特雷弗·哈撒韦
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Abstract

一种数据发送系统包括具有用于产生发送数据信号的延迟文本的缓存器(22)的发送单元(2)和包括用于产生已收数据信号的延迟文本的缓存器(47)的接收单元(4)；用于检测在已收数据信号中的误差的误差检测装置以及用于通知发送单元(2)发送该发送的数据信号的延迟文本的装置。该发送单元(2)包括用于把数据和控制数据进行多路发送并将该已经多路的信号经过至少两个发送线路进行发送的装置。

Description

具有信道转换装置的数据通信系统
本发明涉及数据传输系统，尤其是涉及用于改善从接收机输出的数据的完整性的系统。
有多机会要求将数据经传输路径长距离发送。用户可能不得不依赖传输路径的完整性并容忍可能是由路径上出现的故障所引起的数据的劣变。在路径故障的情况中，数据可能被自动地择路而经另外的路径发送，但是在这种择路建立的同时，数据的一部分可能会不可恢复地丢失。
日本专利申请No.61-242429描述了一种无触点发送系统，其中的发送机包括有用于产生所要发送数据信号的延迟文本的延迟电路，发送单元可在发送数据信号的第一模式和发送延迟文本的第二模式之间切换。接收机也包括一个用于产生所收信号的延迟文本的延迟电路，该接收单元可在把所收数据信号的延迟文本传送到接收单元的输出的第一模式和把所收数据传送到接收单元的输出的第二模式之间切换。一个监视器检测在所收数据信号中的错误，并且有一个控制电路将接收机从第一模式切换到第二模式，并发送一个命令实现发送机从第一模式到第二模式的切换。
当误差被检测时，这种系统的输出是不中断的。该系统可被用于任何要求数据高度完整性的场合，例如广播电视或计算机数据的发送场合。
传统上，数据信号含有一个附加位(overhead)，包括涉及数据信号成帧的信息。但是，这种成帧的附加位通常只是信号全部负载的百分之几。因此对于接收机来说，为接收涉及成帧结构的全部信息就要占用许多帧。因此，必然使误差的检测很慢。
而且，由于修理或温度的波动，接收机不能适应这些发送链路间的不同的延时的改变。
根据本发明提供的数据发送系统包括一个发送单元，用于经过至少两个发送链路将数据信号发送到一个接收单元，该发送单元包括一个缓存器用于产生将要发送的数据信号的延迟文本，该发送单元可以在发送数据信号的第一模式和发送延迟文本的第二模式之间切换。
该接收单元包括一个缓存器，用于产生已收数据信号的一个延迟文本；检测装置，用于检测已收数据信号中的误差；以及装置，响应该检测发送一个实现发送单元从第一模式到第二模式的切换的命令，并且将接收单元从把已收数据信号的延迟文本传输到接收单元的输出的第一模式切换到把已收数据信号传输到接收单元的输出的第二模式。
其特征在于，该发送单元还包括进行多路传输的装置，用于经过至少两个分开的发送链路多路传输将要发送的数据信号和包括校准信息的控制数据；并且接收单元包括用于对多路传输的数据进行校准并对经该发送链路接收的数据信号进行解多路的装置。
这样的方案意味着数据信号能够经传统带宽的发送链路发送，而控制数据能够被时常地加入。从而大大地加速了误差检测。
发送路径包括两个或多个分开的发送链路，这些发送链路的组合容量大于所要发送的数据通量的最大容量。最好是，每一个发送链路的容量是相同的。在本发明的一个最佳实施例中，为每一个所要求的链路提供一个后备链路，即能得到加倍的最大容量。所以，对于W比特/秒的最大带宽的每n个数据信号的发送，提供了数目为2n的发送链路，每一个发送链路具有大于或等于W的容量。另外，一个备用链路可被提供用于n个需求的链路，或者是m个备用链路被提供用于n个需求的链路，其中m＜n。所提供的总容量将是需要用于发送数据信号的容量的(m＋n)/n倍。
在正常的操作期间，数据信号最好是经发送链路而被多路传输，且当检测误差时，存储在发送单元的缓存器中的数据信号连续地经单一发送链路发送。
根据本发明的另一个方面，一种用于发送数据信号的方法包括的步骤有，产生数据信号的延迟文本；有选择地发送该数据信号或其延迟文本；对已收的信号进行误差检测；产生已收数据信号的延迟文本并有选择地输出已收的信号或其延迟文本；其中，在正常的操作中，发送数据信号并将已收的数据信号的延迟文本从接收单元输出；且若检测到误差时，则发出命令实现发送数据信号的延迟文本并输出已收的数据信号。
其特征在于，在正常操作期内，数据信号和控制信息经过多于一条的传输链路多路发送，而当检测到错误时，数据信号的延迟文本经一条传输链路以连续的方式发送。
根据本发明的另一方面，接收机包括一个缓存器，用于产生已收数据信号的延迟文本，该接收机可在将已收数据信号的延迟文本(IX)传送到该接收机的输出端的第一模式和将该已收数据信号传送到该接收机的输出端的第二模式之间切换；该接收机还具有用于检测已收数据信号中的误差的检测装置，以及响应这种检测的装置，以便将接收机从第一模式切换到第二模式，并通知远端的发送机重发该数据信号。
其特征在于，该接收机还包括用于接收至少两个信号(III，IV)的装置，每一个信号包括多路发送的数据和控制信息；解多路装置，用于解多路该控制信息和数据；以及校准装置，用于校准已收的信号并形成已收的数据信号(VII)
根据本发明的另一个方面，用于发送数据信号的装置包括一个缓存器，用于产生该数据信号的延迟文本；一个多路发送器，用于经过至少两个发送链路多路传输数据信号和控制信息；以及一个切换装置，用于确定多路传输的数据信号或该数据信号的延迟文本的数据信号哪一个经过哪一条发送链路发送。
从发送单元到接收单元的通信的最佳控制是经发送路径而借助将控制数据插入在将要发送的数据之间而进行的；而反向控制通信最好是经另一条发送路径进行。
现在通过参考附图的实例进一步描述本发明，其中：
图1是根据本发明的数据传输系统的示意图；
图2是用于图1所示的每一条传输路径的帧结构的实例；
图3是图1所示数据发送系统的工作时序图；
图4是正常操作状态中的图1系统的框图；
图5是错误状态中的图1系统的框图；
图6是当错误状态已被修正的图1系统的框图；
图7是在重建正常操作状态时图1系统的框图；
图8是图1所示的数据发送系统的发送单元的详图；
图9是图1所示的数据发送系统的接收单元的详图；
图10是根据本发明的被保护数据系统的第二实施例；
图11是图10系统的信号的时序图；及
图12是根据本发明的被保护数据系统的第三实施例。
图1所示的数据发送系统中包括一个置于第一数据切换中心6(例如一个外部广播单元或卫星演播室)和发送路径8之间的数据传送发送单元2。数据发送接收单元4置于发送路径8和第二数据切换中心(例如一个TV中心)之间。
发送路径8包括两条链路12、14，它们可以有很不相同的路径长度。在正常操作期内，来自第一切换中心6的数据被在两条链路12和16之间相等地划分，以使每一条链路的有效数据速率减半。如图2所示，控制数据是在链路的空余数据间隙中被透明地携带。在所示的实例中，32比特用于发送数据，随后是32比特的控制数据。控制数据包括误差检测位30；用于额外加保护的奇偶校验位32；帧校准码字(FAW)34使得在每一条链路上的数据能够在接收机单元处被校准成为有180度的相位差；多帧校准码字(MFAW)36指示一个多帧的起始以及使用的链路；以及一个接收单元控制码字38用于两个单元之间的通信。控制数据不必占据全部备用容量成帧的结构将取决于在受保护的发送系统中的链路数目以及所承载的信息。
现参考图3至7更详细地描述图1所示的数据发送系统的操作。图3示出在发送单元2和接收单元4的信号的时序。所要发送的数据由信号I表示。从数据缓存器22输出的数据由信号II表示。信号III和IV表示分别经链路12和链路14发送的信号，而信号V和信号VI是从接收单元4的校准电路输出的已校准的信号。这些信号被解多路以便形成一个连续的信号VII。VIII和IX分别表示输入到接收缓存器47的和从其输出的信号，而X表示接收单元4产生的输出。
图4至7是图1所示的数据发送系统的框图。为了简化，发送单元2被示为包括一个发送缓存器22和具有信号多路发送器20的转换器29。相似地，接收单元4被示为包括一个信号解多路发送器21，一个转换器49，一个转换器48和一个接收缓存器47。
在正常的条件下，如图4所示，正在到来的将要发送的数据I被输入到转换器29，并被存储在发送单元2的发送缓存器22中。多路发送器20经发送链路12和14多路发送进入的数据和控制信息(图3中由信号III和IV所示)。在接收端，从链路12和14输出的数据将受到发送链路的各自长度的延迟。因而在发送链路上的数据由校准电路(图4至7中没示出)所校准(信号V和VI)，并且在由解多路发送器21将发送的数据与控制数据解多路之前(信号VII)，查验控制数据的完整性(下面将描述)并输入到接收缓存器47(信号VIII)。数据从接收缓存器输出(信号IX)并随即发送到图1所示的解码装置10中。
如果在链路12上出现错误，在链路12上的多路发送的数据将不能达到接收单元，并且将检测到接收单元处的校准的丢失(见信号V的时间A)。接收单元4将此失误通知发送单元12，在延迟D1之后，发送单元2以对发送缓存器22的切换作为响应。因此，存储在发送缓存器22中的未被多路发送的连续数据(信号II)随帧校准信息经链路14发送，如信号IV的时间B处所示。在经延迟D2之后，被缓冲的连续数据由接收单元4所接收，并且接收单元的转换器48对此作响应，同步地在时间F断开接收缓存器47，并将重发送的信号(信号VI)直接送到接收单元的输出(信号X)，如图5所示。连续的数据沿链路14发送，直到链路12上恢复正确的操作。
所以，是通过从接收单元到发送单元的缓存器的“移动”并在数据出现的发送中不中断来提供保护的。
在图3示出的实例中，链路12上的发送在时间G被恢复。在接收单元，通过对径链路12从多路发送器20多路发送的数据的接收来作检测。由于这种修复的进行，被修复的链路的长度可能相对于原始的长度稍有不同，此情况中的断续的数据(信号V)将与在链路14上的连续数据(信号VI)失准。链路12上的信号V被再校准，以便恢复在链路12上相对于链路14上的信号VI的延迟(时间H)。一旦校准被恢复，接收单元则通知发送单元，在由D3指示的延迟之后，将连续数据置于链路12，且转换器49直接将链路12上的信号(V)填充到接收缓存器47，如图6所示。在由J指示的期间上填充缓存器47。
一旦缓存器47被填充，缓存器47的输出(IX)就被切换到接收单元的输出(如图7所示)，并且该接收单元4将此事实通知发送单元。在延迟了D5之后，发送单元对此作出响应，恢复链路14上的未被缓冲的多路发送的数据(信号VI上的时间K)。这将在接收单元4上经延迟D6之后而被接收。连续的数据在链路12上被连续地发送，直到相对于链路12其链路14的校准被恢复(时间L)。一旦实现重新校准，则接收单元通知发送单元将未被多路发送的数据置于链路12上，并且重新开始正常的操作(由M指示)
图8是发送单元2的详图。如上所述，数据发送单元2包括发送缓存器22。它是先进先出缓存器，至少能存储2(t2－t1)＋tdet的数据量，用于在切换操作期内的再发送。其中t2和t1是在发送链路12和14上的发送延迟，tdet是接收单元4的失误检测时间。一帧和多帧校准码字产生器23产生固定方案的帧校准码字(FAW)，在控制单元24的指示下多路发送到输出的数据中。此外，用于链路校准目的的两个多帧比特(MFAW)被附加到FAW。第一比特指示多帧的开始，以便实现同步。第二比特指示所用的链路：在链路12上它将被置成1而在链路14上它被置成0。多帧的持续期大于(t2－t1)，以使得接收单元4建立链路12和链路14之间的路径长度差。
控制码字产生器25接收来自控制单元的指令，以便产生各种控制码字，用于正向传送到接收单元。接收单元4随后对其译码并据此而操作。
在控制单元24的控制下，第一多路发送器26对将要发送的数据I、来自校准码字产生器23的帧和多帧信息以及来自控制码字产生器25的接收单元控制信号进行多路发送，产生两个输出信号26a和26b。转换器27将正常地把这两个输出从第一多路发送器26直接切换到发送链路12和14。但是，在失误的情况下，即时发送(live traffic)I或缓冲的发送II可被送到这些链路(见图3的信号III和IV)。
第二控制单元28经另一发送路径接收来自接收单元4的返回信号，并与控制单元24进行通信。
现参考图9，数据发送接收单元4包括用于每一个发送链路12和14的帧校准检测和惯性同步器单元40。每一个单元40检测在进入的数据信号III和IV中的帧校准码字(FAW)并将一个信号送到控制单元41，指示是否检测到FAW。在FAW中的误差被通知给一个误差估计单元42。一旦单元40检测到帧校准码字，校准同步脉冲40a、40b和数据信号45a、45b被输入到各自的控制场处理器43，该控制场处理器将对来自信号45a和45b的每一个的控制场的其余部分进行解多路，并利用多帧校准码字36(如图2所示)建立多帧校准。一个惯性机构提供误差的恢复能力。多帧校准同步脉冲43a和43b被送到校准电路44，用于随后的链路校准目的。在多帧信号中的任何误差都被通知到误差估计器42。多帧校准的丢失也被告知控制单元41。控制场处理器43将已解多路的接收单元控制码字38发送到控制单元41，以便进行处理。
如果有任何未知的接收单元控制码字被检测到，则把一个错误信号送到误差估计单元42。在帧校准码字中的误差、多帧校准码型、数据场和接收单元控制信号都被指示给误差估计器单元42，该单元作出关于误差严重程度的判定，并相应地通知控制单元41。
校准电路44被提供来自每一条数据链路的数据信号45a和45b以及来自控制场解多路发送器43的校准脉冲。利用在校准电路中的动态缓存器把来自一条链路的数据与另一条链路的数据校准。在来自链路12的多帧同步脉冲43a和来自另一链路14的多帧同步脉冲43b之间，校准电路44计数来自时钟系统51的系统时钟脉冲。将该时钟脉冲的计数与在多帧同步脉冲之间的已知周期相比较，则可以识别两条链路的较长的一条并计算出延迟差。来自两条链路的较短的一条的数据在动态存储器中被延迟一个等于相对延迟差的延迟量。所以，一旦是两个数据流被校准，在两条链路上的控制场中的多帧校准码型就按照一个控制场的长度而被摆动。动态缓存器的选择是有足够的长度以应付所期望的最大路径差以及由于温度的波动而引起的两时钟之间的相对漂移。对于路地光纤而言，这种由于温度的波动引起的延迟的变化是80ps/km℃。假设是300公里的长度差和25C的温度差，则最大的延迟漂移将是600ns，这是11个17.5MHz的时钟周期。
解多路发送器50接收与指示来自校准电路44的数据/控制场的指示标记在一起的两个校准的数据流V和VI，并对该数据和控制场解多路以便恢复发送的数据信号VII。
接收单元4还包括接收缓存器47，它具有至少与发送缓存器22的相同数据量的存储容量。如参考图3至图7所述，转换器49确定信号V、VI或VII的哪一个被输入到接收缓存器。接收缓存器47是联接在转换器48之后，该转换器是由控制单元41所操作。如参考图3到图7所述，由转换器48所进行的接收缓存器47的切断和再发送数据的接通是同时进行的，以便避免在切换瞬时的劣变。在发送单元中的发送缓存器22和转换器24的切换也是如此。
与控制单元41相通信的发送单元控制单元46经过另一条发送路径将返回控制信号发送到在数据发送链中的在先的发送单元2的次级控制单元28(如图8所示)。
上述的本发明的实施例在两点之间提供了一种受保护的数据系统。对于每一个发送链路提供一条反送链路(一对一的保护)。另外，可提供一条反送链路用于多条发送链路(一对n)或m条反送链路用于n条动态链路，其中，m＜n。例如，图10中示出的方案用于在两点之间发送两个数据信号D1和D2，其中有三个发送链路13、15和17(1对n，此时n＝2)。在发送单元中发送缓存器22′、22″用于输入数据信号的每一个。如上所述，发送单元还包括一个转换器29和一个多路发送器20。如上述的第一实施例那样，接收单元包括解多路发送器21和转换器49，以及接收缓存器47′和47″及用于数据信号的每一个的转换器48′和48″。
在正常的操作模式中，如图10所示，两个数据信号D1和D2及控制数据由多路发送器20多路发送，而成帧结构如图11所示。针对每一个控制帧以每一条链路承载两个数据帧
如果在一条链路，例如链路13，上出现失误，则存储在接收缓存器47′和47″中的数据全都被劣变。如果检测到控制数据中的误差，接收单元就通知发送单元以便重发存储在发送缓存器22′和22″中的数据。未被多路发送的缓存的数据从缓存器22经过两条保留的链路15和17发送，并且接收缓存器47′和47″由转换器48同时地切断。连续数据经过发送缓存器22和该保留链路被连续发送，参考上述实施例的1对1的描述，直到该失误被修复为止。
一旦在“失误”的链路13上检测到多路发送的数据，未被缓存的数据则在链路13上与在另外的两条链路上的数据相校准，使之可能象上述那样改变路径长度。在正常操作重新开始之前，接收缓存器47需要被接通和填充。所以，接收缓存器47′被接通到链路13，且来自进入的数据流的未被缓存的连续的数据在链路13上发送，以便填充第一接收缓存器。
一旦第一接收缓存器47′被填满，其内容被输出到随后的装置。接收单元则通知发送单元，而发送单元则以对发送缓存器22′的切断作响应，并把来自另一个数据流的连续的未被缓冲的数据放置在原先承载被缓冲的第一数据的数据流的链路15上。与此同时，接收单元接通第二接收缓存器47″并由第二数据的数据流对其进行填充。一旦该缓存器被填充，接收单元则通知发送单元在第三链路17上发送多路发送的数据。该多路发送的数据与在链路13和15上的数据校准，并随即该接收单元通知发送单元将多路发送的数据置于链路13和15上。接收单元的数据以类似于关于1对1的实施例的描述作处理，即，解多路发送器将已收的数据组合到构成部分之中，以便形成数据信号D1和D2。
多路发送数据的成帧结构将需要按照数据发送系统所包含的链路数目来设计。
图12中示出本发明的另一个实施例，其中的数据发送系统包括两个联接若干站的链路62和64(1对1)。在本实施例中的数据从任何一个站66发送到多个其它站68。每一个站中的接收单元4和发送单元2是串联的，并且从两站间的一个点提取数据信号，如图12所示。另外，还可以提供1对n的系统。
图13示出了另一个实施例，与图12相似，其中只有一个站72能够发送信息，剩余的远端站74包括一个接收单元4。如果有任何远端站的接收单元4通知该发送单元2已经出现失误，则该原始站72的发送单元2就切换到失误模式。一旦全部的接收单元4被重新校准，则重新开始正常的操作。

Claims (13)

1.一种数据发送系统，包括一个发送单元(2)，用于经过至少两个发送链路(12，14)将数据信号发送到一个接收单元(4)，该发送单元(2)包括一个缓存器(22)，用于产生将要发送的数据信号(I)的延迟文本(II)，该发送单元可以在发送数据信号(I)的第一模式和发送延迟文本(II)的第二模式之间切换，
该接收单元(4)包括一个缓存器(47)，用于产生已收数据信号的一个延迟文本；检测装置(42)，用于检测已收数据信号中的误差；以及装置(41，46)，响应该检测发送一个实现发送单元(2)从第一模式到第二模式的切换的命令，并且将接收单元(4)从把已收数据信号的延迟文本(IX)传输到接收单元的输出的第一模式切换到把已收数据信号传输到接收单元的输出的第二模式，
其特征在于，该发送单元(2)还包括一个进行多路传输的装置(20，26)，用于经过至少两个分别的发送链路(12，14)多路传输将要发送的数据信号(I)和包括校准信息的控制数据进行多路传输；并且接收单元(4)包括用于对多路传输的数据进行校准并对经该发送链路(12，14)接收的数据信号进行解多路的装置(21，40，43)。
2.根据权利要求1的数据发送系统，其特征在于，在第一模式中，发送单元(2)用于经过发送链路(12，14)发送多路发送的数据，并且当接收到切换命令时，该发送单元用于经过一个单一传送链路发送数据信号的延迟文本(II)。
3.根据权利要求1或2的数据发送系统，其特征在于，接收单元(14)包括用于对经发送链路接收的数据进行连续校准的装置(44)。
4.根据任何一个在先的权利要求的数据发送系统，其特征在于，对于W比特/秒的最大带宽的每n个数据信号的发送，提供了为2n条发送链路，每一个发送链路具有大于或等于W的容量。
5.根据权利要求1-3的任何一个的数据发送系统，其特征在于，对于W比特/秒的最大带宽的每n个数据信号的发送，提供了为n＋1条发送链路，每一个发送链路具有大于或等于W的容量。
6.一种用于发送数据信号的方法包括的步骤有，产生数据信号的延迟文本；有选择地发送该数据信号或其延迟文本；对已收的信号进行误差检测；产生已收数据信号的延迟文本并有选择地输出已收的信号或其延迟文本；其中，在正常的操作中，发送数据信号并将已收的数据信号的延迟文本从接收单元输出；且若检测到误差时，则发出命令实现发送数据信号的延迟文本并输出已收的数据信号；
其特征在于，在正常操作期内，数据信号和控制信息经过多于一条的传输链路多路发送，而当检测到错误时，数据信号的延迟文本经一条传输链路以连续的方式发送。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于，为了恢复正常的操作，经发送链路发送的数据信号被校准，并且当一旦实现校准时，重新开始多路数据的发送。
8.根据权利要求6或7的方法，其中W比特/秒的最大带宽的一个或多个n数据的信号是经2n条发送链路发送，每一个发送链路具有大于或等于W的容量。
9.根据权利要求6至8中任一项的方法，其中W比特/秒的最大带宽的一个或多个n数据的信号是经n＋1条发送链路发送，每一个发送链路具有大于或等于W的容量。
10.一种接收机，包括一个缓存器(47)，用于产生已收数据信号的延迟文本，该接收机(2)可在将已收数据信号的延迟文本(IX)传送到该接收机的输出端的第一模式和将该已收数据信号传送到该接收机的输出端的第二模式之间切换；该接收机还具有用于检测已收数据信号中的误差的检测装置(42)；以及响应这种检测的装置(41，46)，以便将接收机(4)从第一模式切换到第二模式，并通知远端的发送机重发该数据信号；
其特征在于，该接收机还包括用于接收至少两个信号(III，IV)的装置(21)，每一个信号包括多路发送的数据和控制信息；解多路装置(43)，用于解多路该控制信息和数据；以及校准装置(44，50)，用于校准已收的信号并形成已收的数据信号(VII)。
11.根据权利要求10的接收机，其特征在于，接收单元(4)包括一个动态缓存器其使用使得在一条链路上发送的数据相对于另一条链路延迟了等于这两条链路之间的延迟量
12.一种用于发送数据信号的装置，包括一个缓存器(22)，用于产生该数据信号的延迟文本；一个多路发送器(26)，用于经过至少两个发送链路(12，14)多路传输数据信号(I)和控制信息；以及一个切换装置(29)，用于确定多路发送的数据信号(III，IV)和该数据信号的延迟文本(II)二者中的哪一个数据信号(I)经过哪一条发送链路发送。
13.根据权利要求12的装置，其中在正常操作模式中，该转换器装置被用于经发送链路(12，14)发送多路发送的数据，并且当接收到切换命令时，该切换装置用于经单一的发送链路发送数据信号的延迟文本(II)。
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