CZ20041134A3

CZ20041134A3 - Zpusob kódování a/nebo dekódování binárních dat pro jejich bezdrátový prenos, zejména pro radiove prenásená data, a zarízení k provádení tohoto zpusobu

Info

Publication number: CZ20041134A3
Application number: CZ20041134A
Authority: CZ
Inventors: Sulc@Vladimír
Original assignee: Microrisc S. R. O.
Priority date: 2004-11-22
Filing date: 2004-11-22
Publication date: 2006-07-12
Also published as: EP1659749B1; EP1659749A3; US20060125662A1; EP1659749A2; CZ302463B6; US7167111B2

Abstract

Posloupnost binárních dat, privádených na vstup kódovacího automatu s kodérem (KOD) rádu N, zahrnujícím registr (REG), komparátor (COMP) a cítac (CITN), kde N je císlo vetsí nebo rovné 3, se rozdelí na posloupnosti binárních dat stejné hodnoty tak, ze délka kazdé takové posloupnosti je nejméne jedna a nejvíce N, a to tak, ze se porovnávají binárníhodnoty privádených dat na vstupu kodéru (KOD) s naposledy prijatou a v nem ulozenou hodnotou a cítají se délky stejných posloupností na tomto vstupuaz do císla N. Po docítání do N se vlozí posloupnost binárních dat opacné hodnoty, nez byla na vstupu kodéru (KOD). Tato vlozená posloupnost dat má délku M, kdy M je císlo vetsí nebo rovno jedné a mensí nez N. Soucasne se invertuje hodnota ulozená vregistru (REG) a délka vlozené posloupnosti M se ulozí do cítace, pricemz kazdou zmenou v registru (REG) ulozené hodnoty posledního prijatého bitu seiniciuje zápis délky retezce dat z cítace (CITN) do zásobníku (BUF). Nacez se délky posloupností binárních dat interpretují jako binární impulsy délky X.sub.1.n., X.sub.2.n....X.sub.N.n., kde X.sub.1.n. az X.sub.N.n. jsou casové konstanty navzájem odlisných hodnot, prirazené ruzným délkám posloupnosti stejných binárních dat. Pri délce M vlozené posloupnosti dat vetsí nez jedna se prímo do posloupnosti dat mohou vkládat rídící binární data jako posloupnost dat délky N, následovaná retezcem dat délky L, kde L je vetsí nez jedna a mensí nez M. Navstupu kódovacího nebo dekódovacího automatu se rovnez mohou detekovat data pro zjistení zahájení jejich vysílání. Po jejich detekci se vkládáním, vysíláním a príjmem rídící sekvence synchronizuje frekvence vysílacího a p

Description

Způsob kódování a/nebo dekódování binárních dat pro jejich bezdrátový přenos, zejména pro radiově přenášená data, a zařízení k provádění tohoto způsobu.

Oblast techniky

Předložený vynález se týká způsobu kódování a/nebo dekódování dat pro jejich bezdrátový přenos, zejména pro data radiově přenášená, a zařízení k provádění tohoto způsobu.

Dosavadní stav techniky

Přenos dat pomocí bezdrátových technologií je založen na sériovém odesílání binárních dat, tedy jako posloupnosti binárních hodnot 0 a 1. Data přenášená bezdrátovými technologiemi se vysílají buď jako neupravená, například v případě přímého kopírování dat ze sériové linky do bezdrátového přenosového kanálu, nebo častěji jako upravená (zakódovaná), kdy jsou pro zlepšení přenosu před vysláním upravena (zakódována) a na straně přijímací opět dekódována.

V současné době se pro úpravu dat před jejich vysláním bezdrátovým ka nájem používá například

Manchester kódováni, NRZ kódování, 12b kódování či Millerovo kódování. Důvodem kódování dat před jejich vysláním bezdrátovým, kanálem je zlepšeni přenosových vlastností kanálu, to znamená například zvýšeni jeho odolnosti vůči rušeni, odstranění statické složky pro možnost přidání pásmových propustí a pro lepší synchronizaci. Nevýhodou většiny uvedených způsobů kódování je snížení propustnosti přenosového kanálu.

Podstata vynálezu

Předmětem tohoto vynálezu je způsob kódováni a/nebo dekódování binárních dat pro jejich bezdrátový přenos, zejména pro radiově přenášená data. Podstata vynálezu spočívá v tom, že posloupnost binárních dat, přiváděných na vstup kódovacího automatu s kodérem řádu N, zahrnujícím registr, komparátor a čítač, kde N je číslo větší nebo rovné 3, se rozdělí na posloupnosti binárních dat stejné hodnoty tak, že délka každé takové posloupnosti je nejméně jedna a nejvtce N, a to tak, že se porovnávají binární hodnoty přiváděných dat na vstupu kodéru s naposledy přijatou a v něm uloženou hodnotou, čítají se délky stejných posloupností na tomto vstupu až do čísla N a po dočítáni do N se vloží posloupnost binárních dat opačné hodnoty než byla na vstupu kodéru, kde tato vložená posloupnost dat má délku M, kdy M je číslo větší nebo rovno jedné a menší než N, současně se invertuje hodnota uložená v registru a délka vložené posloupnosti M se uloží do čítače, přičemž každou změnou v registru uložené hodnoty posledního přijatého bitu se iniciuje zápis délky řetězce dat z čítače do zásobníku, načež se délky posloupností binárních dat interpretují jako binární impulsy délky Χ_Ί, X₂... Xn, kdeX! až X_N jsou časové konstanty navzájem odlišných hodnot, přiřazené různým délkám posloupností stejných binárních dat.

Jako výhody tohoto způsobu kódování a/nebo dekódování binárních dat podle předloženého vynálezu a vhodné volby časových konstant lze uvést zejména zlepšení přenosových vlastností bezdrátového kanálu odstraněním statické složky přenášených dat a rovněž zvýšeni propustnosti přenosového kanálu

Při délce M vkládané posloupnosti dat větší než jedna se přímo do posloupnosti dat mohou vkládat řídicí binární data jako posloupnost binárních dat stejné hodnoty délky N, následovaná posloupností dat opačné binární hodnoty délky L, kde Lje větší nezjedná a menší než M. Vlastní vložení lze provést zapsáním po sobě jdoucích čísel N a L do zásobníku. Vkládáním řídících znaků lze v toku dat přenášet například různé povely.

Na vstupu kódovacího nebo dekódovacího automatu se rovněž mohou detekovat data pro zjištění zahájení jejich vysílání, načež po jejich detekci se aktivuje přijímací zařízení a synchronizuje se frekvence vysílacího a přijímacího zařízení. Na vstup kodéru je zapojen obvod detekce zahájení vysílání, který po detekci dat na tomto vstupu kodéru nejprve vloží do zásobníku řídící sekvenci, která je pak interpretem vyhodnocena jako sled pulsů definované délky, který slouží k aktivaci přijímacího zařízení a k synchronizaci frekvence vysílacího a přijímacího zařízení. Toho lze s výhodou využít například pro inicializaci vstupních filtrů a propustí nebo pro adaptivní synchronizaci frekvence vysílače a přijímače dat.

Předmětem tohoto vynálezu je rovněž způsob dekódování dat zakódovaných podle výše popsaného postupu. Při dekódování se nejprve převádějí časové délky přijatých pulsů na posloupnosti stejných binárních dat a následně se z těchto posloupností odstraňují vložené posloupnosti délky M a eventuálně vložené řídící povely.

Předmětem tohoto vynálezu je dále zařízení k provádění uvedeného způsobu kódování a/nebo dekódováni binárních dat, které obsahuje blok kodéru, který zahrnuje vzájemně propojené bloky registru, komparátoru a čítače, kde ke kodéru je připojen blok interpretu. Tato konfigurace je výhodná v případě, že data na vstupu lze synchronizovat s interpretem, což je možné například tehdy, když data k vysíláni jsou již předem připravena, například uložena v zásobníku, nebo v případě, že zpracování binárních dat kodérem je rychlejší než minimální časová konstanta interpretu. Způsob realizace bez zásobníku však obvykle neumožňuje další zvyšování účinnosti přenosového kanálu simultánní prací interpretu a kodéru, neboť tyto bloky musí být vzájemně synchronizovány. Alternativně tedy mezi bloky kodéru a interpretu může být zapojen blok zásobníku.

Přehled obrázků na výkresech

Na připojených obrázcích 1 až 3 jsou zobrazeny příklady provedení tohoto vynálezu, který je dále podrobněji vysvětlen. Na obrázku 1 je blokové schéma kódovacího automatu s kodérem, zásobníkem dat a interpretem. Na obrázku 2 je přiklad provedení kódovacího automatu za použití zásobníku dat typu FIFO s naznačením synchronizace. Příslušný z bitů BO, B1 nebo B2 je nastaven, když délka řetězce dat je 1, 2 nebo 3 bity. Tímto způsobem lze jednoduše interpretovat požadovanou časovou konstantu bistabitního klopného obvodu, například spínáním příslušného rezistoru RC členu bístabilního klopného obvodu. Na obrázku 3 je ukázka zakódování posloupností binárních dat „110010111110“.

Příklady provedení vynálezu

Posloupnost binárních dat přiváděných na vstup kódovacího automatu se nejprve pomocí kodéru KOP definovaného řádu N, kde N je číslo většf nebo rovno 3, rozdělí na posloupnosti binárních dat stejné hodnoty tak, že délka každé takové posloupnosti je minimálně jedna a maximálně N (například pro N = 3 se bude jednat o binární posloupnosti 0_r “00, “000, “Γ, “11, “11T). Po této posloupnosti, nejedná-li se o posloupnost konečnou, následuje posloupnost binárních dat opačné binární hodnoty. Toho je dosaženo tak, že kodér KOP obsahuje komoarátor COMP, který porovnává binární hodnotu na vstupu kodéru KOP s hodnotou naposledy přijatou a uloženou v registru REG v tomto bloku kodéru a čítač CITN (který je rovněž součástí kodéru KOP) do N, který čítá délky stejných posloupností na vstupu kodéru KOP. Po přetečení čítače CITN (tedy dočítání do N) provede kodér KOP vloženi posloupnosti binárních dat opačné hodnoty než byla hodnota na jeho vstupu. Tato vložená posloupnost má délku M, kde M je číslo větší nebo rovno jedné a menši než N. Zároveň s tím invertuje registr REG a nakonec nastavuje čítač CITN na M. Každá změna registru REG. ve kterém je uložena hodnota posledního přijatého bitu, iniciuje zápis délky řetězce (z výstupu čítače CITN) do zásobníku BUF. Pata, tedy délky binárních posloupností, jsou ze zásobníku BUF odebírány jednotkou interpretu INTR a interpretovány jako binární impulsy délky Xi, X₂... až X_N, kde X, až X_N jsou časové konstanty přiřazené té které délce řetězce. Protože data musí být na straně přijímače jednoznačně dekódována, je zřejmé, že žádné z časových konstant si nesmí být rovny. V praxi může být implementačně výhodné stanovit délky časových konstant časovače jako přímo úměrné délce, například tak, že interpret INTR obsahuje bistabiíní klopný obvod, jehož časová konstanta pro právě generovaný puls je dána jako Χ^Κ/ί, kde K je konstanta obvykle řádově menší než Xi a i je interpretovaná délka řetězce. Tímto způsobem kódování a vhodnou volbou časových konstant dochází k takové úpravě (zakódováni) přenášených dat, která nejenom zlepšuje přenosové vlastnosti bezdrátového kanálu odstraněním statické složky, ale zároveň zvyšuje propustnost bezdrátového kanálu vzhledem k použitému způsobu kódování. Blokové schéma kódovacího automatu je zobrazeno na obrázku 1, příklad zakódování, zvýšení propustnosti přenosového kanálu a odstraněni statické složky jsou patrné z obrázků 2 a 3.

Alternativně může být v kódovacím automatu podle tohoto vynálezu interpret INTR zapojen přímo za kodér KOP, což lze s výhodou využít v případě, že data na vstupu lze synchronizovat s interpretem INTR. To je možné například tehdy, když data k vysílání jsou již „předem připravena, například uložena v zásobníku BUF před kodérem, nebo v případě, že zpracování binárních dat kodérem KOP ie rychlejší než délka minimální časové konstanty X_min interpretu. Způsob realizace bez zásobníku BUF však obvykle neumožňuje další zvyšování efektivity přenosového kanálu simultánní prací interpretu a kodéru, neboť tyto bloky musejí být vzájemně synchronizovány.

Předložený vynález se týká i situace, kdy délka M vkládaného řetězce binárních dat po přetečení čítače CITN ie větší nezjedná. Protože vzhledem k tomuto způsobu zakódování nemůže po binární posloupnosti dat stejných hodnot délky N následovat opačná posloupnost menší délky než M, lze s výhodou využít vkládáni řídicích binárních dat přímo do posloupnosti tak, že se vloží binární posloupnost délky N následovaná řetězcem délky L, kde L je větší než jedna a menší než M. Vkládáním řídících znaků lze v toku dat přenášet například povely. Například pro N = 3 a M = 2 lze vložit do sekvence binárních dat dva možné povely, a to 0001 (následovaný “0“) nebo 1110 (následovaný “1“). Tyto povely může použít vysilač například v případě, že chce udržovat spojení s přijímačem, ale přitom nechce, aby přijímač tato data dekódoval jako regulární data. Další možné využití je například pro různé kryptovací procedury.

Na vstupu kódovacího automatu se rovněž mohou detekovat data pro zjištění zahájení jejich vysílání, načež po jejich detekci se aktivuje přijímací zařízení a synchronizuje se frekvence vysílacího a přijímacího zařízeni (viz obr.2). Na vstup kodéru KOP ie v takovém případě zapojen obvod detekce zahájení vysílání, který po detekci dat na tomto vstupu kodéru KOP nejprve vloží do zásobníku BUF řídící sekvenci, která je pak interpretem INTR vyhodnocena jako sled pulsů definované délky, který slouží k aktivaci přijímacího zařízení a k synchronizaci frekvence vysílacího a přijímacího zařízení. Toho lze s výhodou využít například pro inicializaci vstupních filtrů a propustí nebo pro adaptivní synchronizaci frekvence vysilače a přijímače dat.

Vhodnou volbou parametrů N (maximální délka řetězce dat stejné binární hodnoty), časových konstant X, a délky řetězce M vkládaného po přetečení čítače CITN. lze systém přizpůsobit konkrétní aplikaci a jejím nárokům. Například v případě potřeby zvýšení propustnosti přenosového kanálu se použije větší N, v případě potřeby vysoké selektivity přenosového kanálu se naopak použije například nastavení N = 3, M = 2, X₂ = Xi+K_f a X₃ = Xi+K*2, kde K_f se zvolí co nejmenší tak, aby bylo konkrétním systémem rozlišitelné a zpracovatelné. Při praktické realizaci kódovacího automatu podle tohoto vynálezu bylo použito a prakticky ověřeno zlepšení pro K|= XÚ4. Odpovídající výsledek na demonstračních datech je patrný z obr. 3, ve kterém jsou zachycena původní data (sériový stream) a odpovídající data zakódovaná.

Příklad konkrétního provedení, kdy jako interpret INTR se využívá bistabilní klopný obvod s nastavitelnou délkou impulsu, je znázorněn na obr. 2. Nejjednodušeji lze popsaný vynález realizovat využitím jednočipových mikroprocesorů. Například v současné době nejmenší z řady procesorů firmy Microchip lne. PIC10F200 poskytuje dostatečné HW vybavení k realizaci celého kódovacího automatu při nepatrných realizačních nákladech (0,35 USD). Využitím vnitřního oscilátoru uvedeného procesoru lze realizovat kódovací automat pouze za využití HW prostředků procesoru bez nutnosti jakýchkoliv dalších externích komponent.

Dekódovací automat pracuje oproti popsanému kódovacímu automatu reverzně, to znamená, že nejprve převádí časové délky přijatých pulsů na posloupnosti binárních dat, z těchto posloupností odstraňuje vložené posloupnosti délky M a eventuálně vložené řídíc! povely a výsledné posloupnosti poskytuje na svém výstupu k dalšímu zpracování.

Průmyslová využitelnost

Vynález je využitelný například pro aplikace domácí a kancelářské automatizace, zahrnující nastavování, ovládání a sběr dat z topných systémů, obsluhu a zajištění konektivity bezpečnostních systémů, klimatizace, osvětlení, domácích spotřebičů jako ledniček, praček, audiovizuálních systémů a podobně. Je využitelný i u průmyslových aplikací s bezdrátovým přenosem dat.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob kódování a/nebo dekódování binárních dat pro jejich bezdrátový přenos, zejména pro radiově přenášená data, vyznačující se tím, že posloupnost binárních dat, přiváděných na vstup kódovacího automatu s kodérem (KOD) řádu N, zahrnujícím registr (REG), komparátor (COMP) a čítač (CITN), kde N je číslo větší nebo rovné 3, se rozdělí na posloupnosti binárních dat stejné hodnoty tak, že délka každé takové posloupnosti je nejméně jedna a nejvíce N, a to tak, že se porovnávají binární hodnoty přiváděných dat na vstupu kodéru (KOD) s naposledy přijatou a v něm uloženou hodnotou, Čítají se délky stejných posloupností na tomto vstupu až do čísla N a po dočítání do N se vloží posloupnost binárních dat opačné hodnoty než byla na vstupu kodéru (KOD), kde tato vložená posloupnost dat má délku M, kdy M je číslo větší nebo rovno jedné a menší než N, současně se invertuje hodnota uložená v registru (REG) a délka vložené posloupnosti M se uloží do čítače, přičemž každou změnou v registru (REG) uložené hodnoty posledního přijatého bitu se iniciuje zápis délky řetězce dat z čítače (CITN) do zásobníku (BUF), načež se délky posloupností binárních dat interpretují jako binární impulsy délky X_1t X₂ ... Xn, kde Xi až X_N jsou časově konstanty navzájem odlišných hodnot, přiřazené různým délkám posloupností stejných binárních dat.
2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že při délce M vložené posloupnosti dat větší než jedna se přímo do posloupnosti dat vkládají řídící binární data jako posloupnost dat délky N, následovaná řetězcem dat délky L, kde L je větší než jedna a menší než M.
3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že se detekují data na vstupu kódovacího nebo dekódovacího automatu pro zjištění zahájení jejich vysílání, načež po jejich detekci se vkládáním, vysíláním a příjmem řídící sekvence synchronizuje frekvence vysílacího a přijímacího zařízení.
4. Způsob dekódování dat zakódovaných podle některého z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že při dekódování se nejprve převádějí časové délky přijatých pulsů na posloupnosti stejných binárních dat a následně se z těchto posloupností odstraňují vložené posloupnosti délky M a eventuálně vložené řídicí povely.
5. Zařízení k provádění způsobu kódování a/nebo dekódování binárních dat podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že obsahuje blok kodéru (KOD), který zahrnuje vzájemně propojené bloky registru (REG), komparátoru (COMP) a čítače (CITN), kde ke kodéru (KOD) je připojen blok interpretu (INTR).
6. Zařízení podle nároku 5, vyznačující se tím, že mezi bloky kodéru (KOD) a interpretu (INTR) je zapojen blok zásobníku (BUF).