TWI489793B

TWI489793B - FM0 encoding and Manchester encoding common encoders

Info

Publication number: TWI489793B
Application number: TW102122745A
Authority: TW
Inventors: Yu Hsuan Lee; Cheng Wei Pan
Original assignee: Univ Yuan Ze
Priority date: 2013-06-26
Filing date: 2013-06-26
Publication date: 2015-06-21
Also published as: TW201501475A

Description

FM0編碼及曼徹斯特編碼的共用編碼器

本發明係有關於一種高度整合性的共用編碼器，尤其是可同時支援FM0編碼及曼徹斯特編碼的共用編碼器。

隨著汽車工業的進步，車輛普及率已達到相當高的程度，因此如何提高車輛的道路使用效率以及安全性，一直都是需要努力解決的重要課題，進而使得資通訊技術的整合已成為汽車電子產業發展的必要戰略手段。

對於提高車流，付費的高速公路不設置紅綠燈，可提供車輛高速行進，是有效改善車流的有效解決方式。然而，高速公路的傳統收費方式是由收費員在車輛駛入收費站時收取車輛駕駛的紙本通行費票證，因此會減緩車速，降低車流量。目前有效解決方法是使用無線通訊技術的電子收費系統(ETC)，同時也適用於其他特定位置或區域的行車收費系統，比如特定橋樑和隧道的收費站、停車場繳費、加油付費等等。由於過往車輛使用ETC後可在通過收費站時，無須停車便能夠實現自動收費，大幅提高車流，改善目前普遍存在的交通堵塞問題。許多世界著名的電子公司競相開始研製，先後在北美、歐洲、日本、澳洲、新加坡等地廣泛應用，已經成為智能交通的一大支柱產業。

整體而言，ETC系統主要由車載單元(On board unit，OBU)與路邊單元(Road side unit，RSU)組成，其中車載單元(OBU)是安置在車上，而路邊單元(RSU)是指安置在收費站車道旁的收費裝置(toll-collecting)。OBU與RSU之間所使用的短距離雙向通信是屬於專用短程通信(Dedicated Short Range Communications，DSRC)協議規範的範疇。DSRC是新興的通訊協定，可提供汽車通訊上資料傳輸的安全與穩定。

以通訊技術而言，DSRC因可同時進行車輛與路側通訊設備、及車輛間的通訊，其後續相關應用與技術的發展皆受到全球各界的矚目。由於DSRC雙向傳輸以及訊號穩定的特性，未來也可提供候車乘客與公車司機間的交流平臺(如弱勢者協助)，提供更方便的乘車服務。而公車與公車間亦可透過DSRC傳遞道路施工警示、班車間距、故障警示、道路雍塞等等即時資訊，藉以增進行車之安全與效能。

此外，DSRC協議中的物理層可配置為A和B兩個可選配置，且配置A的上下行鏈路都定義為FM0，用於基本ETC應用。因此，FM0解碼模塊是ETC系統基帶電路中的重要組成部分，很需要優化的FM0解碼器。

目前世界上有許多組織致力於將DSRC標準運用到車用電子裝置，比如上述的ETC。參考表一，歐洲、美國、日本的DSRC標準。

在這些DSRC標準中，最大的資料傳輸速率在27 Mbps，載波頻率約5.8GHz，調變方法包含載波調變的ASK、FSK以及BPSK，而傳輸的編碼方式係整合了FM0編碼和曼徹斯特(Manchester)編碼。對DSRC而言，資料傳輸的安全性為第一考量，而不是資料傳輸速率，而FM0和Manchester 能達到直流平衡的資料傳輸。

FM0編碼(即Bi-Phase Space)是一種雙相間隔碼編碼，且FM0編碼因便於位同步提取、頻譜帶寬較窄、實現電路簡單，而廣泛應用於短距離通信。

以下參考第一圖及第二圖，簡單說明FM0的編碼規則，其中第一圖為FM0編碼的定義，而第二圖為FM0編碼的狀態變遷圖。

如第一圖所示，FM0編碼包括前半時脈目前FM0信號A及後半時脈目前FM0信號B，分別對應於時脈信號CLK的前半週期及後半週期，且下一時脈信號時更新的FM0編碼是與先前的FM0編碼有關，並依據資料信號(資料“0”或資料“1”)而改變，因此，FM0編碼的狀態被定義為S1、S2、S3及S4，共四種狀態。第一圖所定義的四種狀態S1、S2、S3及S4之間的變動或轉換，可整理成如第二圖所示的變遷圖。

進一步參考第三圖所示的曼徹斯特編碼，其中前半時脈編碼與後半時脈編碼互為反相，亦即曼徹斯特編碼只有“01”及“10”二種變化，當資料信號X為“0”時，曼徹斯特編碼被編為“10”，當資料信號X為“1”時，曼徹斯特編碼被編為“01”。

如上所述，雖然FM0和Manchester都能夠達到資料傳輸的直流平衡，但是它們的編碼方式是頗不相同，其中FM0編碼的方式較Manchester複雜。因此，在共用硬體上，會導致不平衡的運算負載。目前現有的技術只有單獨做FM0編碼或者曼徹斯特編碼，並沒有將兩者共用於同一硬體。此外，不平衡的運算負載會降低兩者的共用硬體之使用效率，因而大幅的限制兩者硬體共用性的潛能。

因此，需要一種共用編碼器，能同時支援FM0編碼及曼徹斯特編碼，並提高所有元件的使用率，改善操作效能，藉以解決上述習用技術的問題。

本發明之主要目的在於提供一種FM0編碼及曼徹斯特編碼的共用編碼器，是屬於非平衡式編碼器，包括曼徹斯特編碼單元、FM0編碼單元以及第一多工器，其中曼徹斯特編碼單元進行曼徹斯特編碼處理，產生曼徹斯特編碼，FM0編碼單元進行FM0編碼處理，產生FM0編碼，並由第一多工器依據模式選擇訊號選取曼徹斯特編碼或FM0編碼當作編碼信號而輸出。

因此，本發明的共用編碼器同時支援FM0編碼及曼徹斯特編碼，並以時脈信號為基準，依據模式選擇訊號，可對資料信號進行FM0編碼或曼徹斯特編碼，產生並輸出包含FM0編碼或曼徹斯特編碼的編碼信號。

本發明之另一目的在於提供一種FM0編碼及曼徹斯特編碼的共用編碼器，屬於平衡式編碼器，不僅可支援FM0編碼及曼徹斯特編碼，同時元件使用率為百分百，主要包括互斥或閘、輸入多工器、反相器、輸出多工器以及正反器，用以接收外部輸入的時脈信號、資料信號及模式選擇訊號，並以時脈信號為基準，依據模式選擇訊號，對資料信號進行FM0編碼或曼徹斯特編碼，進而產生並輸出編碼信號。

第一輸入端接收資料信號，輸入多工器的選擇訊號端接收模式選擇訊號，輸入多工器的第一輸入端接收資料信號，而模式選擇訊號係用以選擇進行FM0編碼或曼徹斯特編碼。反相器的輸入端連結輸入多工器的輸出端。輸出多工器的選擇訊號端接收時脈信號，輸出多工器的第一輸入端連結反相器的輸出端，且輸出多工器的第二輸入端連結互斥或閘的輸出端。

此外，正反器的時脈輸入端接收時脈信號，正反器的資料輸入端連結輸出多工器的輸出端，且正反器的輸出端連結互斥或閘的第二輸入端及輸入多工器的第二輸入端，使得輸出多工器的輸出端產生並輸出所需的編碼信號。

因此，本發明的共用編碼器非常適合應用於專用短程通訊(DSRC)的通訊協定，比如車載通訊裝置或電子收費裝置，藉以改善整體操作效能。

10‧‧‧互斥或閘

20‧‧‧輸入多工器

30‧‧‧反相器

40‧‧‧輸出多工器

50‧‧‧正反器

A‧‧‧前半時脈目前FM0信號

A+‧‧‧前半時脈更新FM0信號

B‧‧‧後半時脈目前FM0信號

B+‧‧‧後半時脈更新FM0信號

C1‧‧‧曼徹斯特編碼

C2‧‧‧FM0編碼

CLK‧‧‧時脈信號

DO1‧‧‧編碼信號

DO2‧‧‧編碼信號

MODE‧‧‧模式選擇訊號

FF1‧‧‧第一正反器

FF2‧‧‧第二正反器

MUX1‧‧‧第一多工器

MUX2‧‧‧第二多工器

MUX3‧‧‧第三多工器

U1‧‧‧曼徹斯特編碼單元

U2‧‧‧FM0編碼單元

X‧‧‧資料信號

XOR1‧‧‧第一互斥或閘

XOR2‧‧‧第二互斥或閘

XOR3‧‧‧第三互斥或閘

XNOR‧‧‧互斥反或閘

第一圖為定義FM0編碼的示意圖。

第二圖顯示FM0編碼的狀態變遷圖。

第三圖顯示曼徹斯特編碼的示意圖。

第四圖顯示依據本發明第一實施例FM0編碼及曼徹斯特編碼的共用編碼器的示意圖。

第五圖依據本發明第二實施例FM0編碼及曼徹斯特編碼的共用編碼器的示意圖。

以下配合圖式及元件符號對本發明之實施方式做更詳細的說明，俾使熟習該項技藝者在研讀本說明書後能據以實施。

請參閱第四圖，依據本發明第一實施例FM0編碼及曼徹斯特編碼的共用編碼器的示意圖。如第四圖所示，本發明第一實施例FM0編碼及曼徹斯特(Manchester)編碼的共用編碼器主要包括曼徹斯特編碼單元U1、FM0編碼單元U2以及第一多工器MUX1，為非平衡式編碼器，可用以接收外部輸入的時脈信號CLK、資料信號X及模式選擇訊號MODE，並以時脈信號CLK為基準，依據模式選擇訊號MODE，對資料信號X進行FM0編碼或曼徹斯特編碼，進而產生並輸出編碼信號DO1，其中編碼信號DO1包含FM0編碼或曼徹斯特編碼。

具體而言，曼徹斯特編碼單元U1包含第一互斥或閘XOR1，係用以進行曼徹斯特編碼處理，其中第一互斥或閘 XOR1的第一輸入端及第二輸入端分別接收資料信號X及時脈信號CLK，而在輸出端產生曼徹斯特編碼C1。

FM0編碼單元U2包括第二互斥或閘XOR2、互斥反或閘XNOR、第三互斥或閘XOR3、第二多工器MUX2、第三多工器MUX3、第一正反器FF1以及第二正反器FF2，係用以進行FM0編碼處理，產生FM0編碼C2。

第二互斥或閘XOR2、互斥反或閘XNOR、第三互斥或閘XOR3的第一輸入端接收資料信號X。第二互斥或閘XOR2及互斥反或閘XNOR的輸出端分別連接第二多工器MUX2的第一輸入端及第二輸入端，且第二多工器MUX2的選擇訊號端接收資料信號X，因而在第二多工器MUX2的輸出端產生前半時脈更新FM0信號A+，亦即更新後FM0編碼中對應於前半時脈的FM0信號。第一正反器FF1的時脈輸入端接收時脈信號CLK，且第一正反器FF1的資料輸入端接收第二多工器MUX2的前半時脈更新FM0信號A+，並在第一正反器FF1的輸出端產生並輸出前半時脈目前FM0信號A。

第三互斥或閘XOR3的輸出端連接第二正反器FF2的資料輸入端，當作後半時脈更新FM0信號B+，而第二正反器FF2的時脈輸入端接收時脈信號CLK，並在第二正反器FF2的輸出端產生並輸出後半時脈目前FM0信號B，且第三互斥或閘XOR3的第二輸入端接收後半時脈目前FM0信號B。

可藉表二所示的關係，由FM0編碼中的信號B、B+以及資料信號，推導獲得信號A以及A+，因此，FM0編碼單元U2確實能產生所需的FM0編碼C2。

表二

第一多工器MUX1的第一輸入店二輸入端分別接收曼徹斯特編碼C1及FM0編碼C2，並依據模式選擇訊號MODE，選取曼徹斯特編碼C1或FM0編碼C2當作編碼信號DO1，進而輸出於第一多工器MUX1的輸出端。

進一步參閱第五圖，依據本發明第二實施例FM0編碼及曼徹斯特編碼的共用編碼器的示意圖。如第五圖所示，本發明第二實施例FM0編碼及曼徹斯特編碼的共用編碼器主要包括互斥或閘10、輸入多工器20、反相器30、輸出多工器40以及正反器50，可用以接收外部輸入的時脈信號CLK、資料信號X及模式選擇訊號MODE，並以時脈信號CLK為基準，依據模式選擇訊號MODE，對資料信號X進行FM0編碼或曼徹斯特編碼，進而產生並輸出編碼信號DO2。

具體而言，第五圖所示的共用編碼器是平衡式編碼器，其中可藉模式選擇訊號MODE以選擇進行FM0編碼或徹斯特編碼，尤其是在處理FM0編碼或徹斯特編碼時會使用所有元件，亦即元件的使用率為百分百。

以下說明本實施例中互斥或閘10、輸入多工器20、反相器30、輸出多工器40以及正反器50的電氣連接，其中互斥或閘10具有第一輸入端、第二輸入端及輸出端，輸入多工器20具有選擇訊號端、第一輸入端、第二輸入端及輸出端，反相器30具有輸入端及輸出端，輸出多工器40具有選擇訊號端、第一輸入端、第二輸入端及輸出端，而正反器50具有時脈輸入端、資料輸入端及輸出端。

互斥或閘10的第一輸入端接收資料信號X，輸入多工器20式選擇端接收模式選擇訊號MODE，且輸入多工器20的第一輸入端接收資料信號X，其中模式選擇訊號MODE係用以選擇進行FM0編碼或曼徹斯特編碼，且本實施例是以模式選擇訊號MODE為高位準時，選取FM0編碼，而在模式選擇訊號MODE為低位準時，選取曼徹斯特編碼。不過要注意的是，這只是方便說明本發明特徵的示範性實例而已，並非用以限定本發明的範圍，亦即本發明也可以相反位準而實現，同時邏輯閘的輸入極性相對應相反即可。

反相器30的輸入端連結該輸入多工器的輸出端，輸出多工器40的選擇訊號端接收時脈信號CLK，輸出多工器40的第一輸入端連結反相器30的輸出端，且輸出多工器40的第二輸入端連結互斥或閘10的輸出端。

正反器50的時脈輸入端接收時脈信號CLK，正反器50的資料輸入端連結輸出多工器40的輸出端，且正反器50的輸出端連結互斥或閘10的第二輸入端以及輸入多工器10的第二輸入端。

因此，第五圖的共用編碼器可達成表二的關係，在輸出多工器40的輸出端產生並輸出所需的編碼信號DO2。

比較第四圖的非平衡式共用編碼器以及第五圖的平衡式共用編碼器，結果整理如表三所示，其中非平衡式共用編碼器在FM0編碼處理及曼徹斯特編碼處理的元件利用率分別為88%及22%，而平衡式共用編碼器在FM0編碼處理及曼徹斯特編碼處理的元件利用率皆為100%。

綜上所述，本發明的特點在於結構簡單，能同時支援可達到直流平衡的FM0編碼處理及曼徹斯特編碼處理，減少編碼的錯誤率，且可操作在500MBit/s，能完全符合各國DSRC編碼數據所要求的27MBit/s，在速度以及編碼架構結合上非常具有便利性，適合應用於使用專用短程通訊(DSRC)的通訊協定的裝置或系統，藉以改善整體操作效能，尤其是最佳化設計的硬體結構具有百分之百的使用率，不僅可提高解碼速度，更能節省操作功耗，縮小編碼器晶片的尺寸大小，相當具有產業利用性。

以上所述者僅為用以解釋本發明之較佳實施例，並非企圖據以對本發明做任何形式上之限制，是以，凡有在相同之發明精神下所作有關本發明之任何修飾或變更，皆仍應包括在本發明意圖保護之範疇。