Способ передачи цифрового сигнала

 

Изобретение относится к технике передачи информации и может быть использовано в средствах связи оптического диапазона. Технический результат состоит в повышении скорости передачи информации и уменьшении количества энергии, необходимой для передачи одного бита информации. Способ заключается в том, что поступающий импульсный сигнал дифференцируют, затем полученный результат детектируют и ограничивают его на величину и длительность, которые выбирают как предельно допустимые для излучателя, формируют электрический импульс накачки, который затем преобразуют в оптический, после приема оптического импульса и преобразования его в электрический изменяют состояние выхода на обратное, анализируют защитный интервал, состояние выхода устанавливают в "0", а полученный последний сигнал интерпретируют как ошибочный. 2 ил.

Предполагаемое изобретение относится к технике передачи информации и может быть использовано для информационного обмена, например, в средствах связи оптического диапазона - волоконно-оптических и лазерных атмосферных и космических линиях связи.

В настоящее время для передачи информации широко используются способы, основанные на преобразовании поступающего на модем сигнала и передачи по линии информации в линейном коде. Например, известен способ, основанный на преобразовании поступающего на модем сигнала путем преобразования амплитуды в частоту излучаемых импульсов (см. например, "Оптическая система передачи данных", заявка N 213245, Великобритания, МКИ H 04 B 9/00). Известен также способ передачи данных, основанный на преобразовании поступающего на модем цифрового сигнала в последовательность импульсов с длительностью, определяемой его амплитудой - чем больше амплитуда, тем меньше длительность передаваемого оптического сигнала (см. "Способ мультиплексной передачи" пат. 213566, ГДР, МКИ H 04 B 9/00).

Однако использование таких способов передачи приводит к повышению избыточности передаваемого сигнала (как следствие - снижается скорость информационного обмена) и энергии (мощности), необходимой для передачи одного бита информации. Кроме того, аппаратурная реализация таких способов достаточно сложна.

Известны также способы передачи импульсных (цифровых) сигналов, основанные на маркировании начала и конца импульса (или сигнала) специальными сигналами-маркерами. Основное направление развития этих способов заключается в уменьшении информационного объема сигналов-маркеров и упрощении их информационной структуры. Минимальные значения указанных параметров были получены в способе передачи сигналов, заключающемся в дифференцировании поступающего на вход передающего устройства импульса, формировании двух оптических импульсов при положительном значении дифференциала (передний фронт) или одного при отрицательном (задний фронт), их передаче и приеме, после которого производится подсчет импульсов в течение определенного времени и случае наличия двух импульсов выходной каскад устанавливается в "1", а при наличии одного импульса в "0" (см. Способ и устройство для передачи бинарных сигналов, заявка N 3524871, ФРГ, H 04 B 9/00). Этот способ является наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и назначению.

Однако максимальная скорость передачи при таком способе более, чем в 3-4 раза ниже максимально достижимой при прямой (без кодирования) передаче сигнала. Это обусловлено главным образом тем, что все излучатели минимально допустимый интервал следования импульсов, определяемый многими факторами (релаксационными процессами, теплопроводностью радиатора и т.п.). Поэтому, когда при прямом способе передачи приходящий сигнал передается одним импульсом (оптическим образом самого сигнала), а в указанном выше способе - тремя, время на передачу в этом случае будет больше на время, необходимое для излучения двух дополнительных импульсов, плюс двойной период релаксации. Это также приводит к повышенному расходу энергии при передаче одного бита информации. Кроме того, являясь полным подобием способа передачи сигнала на основе позиционно-импульсной модуляции (по модулю 2) этот способ исключает возможность передачи синхронных кодов.

Для повышения скорости передачи и уменьшения энергии, необходимой для передачи одного бита информации, предлагается способ, в котором поступающий для передачи импульсный сигнал дифференцируют, дифференциал детектируют (берут модуль) и ограничивают его величину и длительность, которые выбирают как предельно допустимые для излучателя, формируют электрический импульс накачки, который затем преобразуют в оптический, а после приема оптического импульса и его преобразования в электрический изменяют состояние выхода на обратное, причем при отсутствии импульсов в течение защитного интервала, выбираемого как обратная величина минимально возможной скорости передачи, состояние выхода устанавливается в "0", а полученный последний сигнал интерпретируется как ошибочный.

Предлагаемый способ передачи и известный иллюстрируются приведенными диаграммами на фиг. 1, где показаны 1 - передаваемый импульсный сигнал, 2 - дифференциал, 3 - его модуль с ограничением амплитуды и длительности (сигнал для передачи в линии и принимаемый сигнал), 4 - восстановленный сигнал, 5 - восстановленный сигнал при наличии ошибки в линии (исчезновение импульса, отмеченного ^*).

Данный способ основан на том, что решение о наличии импульса оптическим приемным устройством обычно принимается (с достаточно высокой достоверностью) в течение длительности переднего фронта оптического (лазерного) импульса, а остальная энергия расходуется бесполезно. Поэтому достаточно передавать не весь импульс, а только его фронты. При этом, в отличие от прототипа в данном способе отсутствует кодирование фронтов, что обусловлено чрезвычайно низкой вероятностью ошибки в оптических линиях. Однако даже при возникновении ошибки (чего только в природе не бывает) ошибочным оказывается принят (также как и в прототипе) только один блок (фиг. 1, кривая 5). Использование только одного одиночного импульса для передачи в линии (канале) определяет и высокую скорость передачи, которая примерно в 3-4 раза выше, чем у прототипа ( фиг. 1, кривая 3) и только на 10-20% ниже предельно допустимой для данного типа излучателя (например, лазера), так как минимальная длительность передаваемого импульса (для передачи без существенного искажения) составляет 1.1-1.2 длительности времени нарастания фронта оптического (лазерного) импульса.

Предлагаемый способ может быть использован как для передачи синхронных, так и асинхронных кодовых последовательностей. Это обусловлено тем, что с одной стороны короткие импульсы несут информацию с синхросигнала, а с другой используются как информационные.

Для реализации предлагаемого способа может быть использовано устройство, представленное на фиг. 2, где обозначено: 1 - дифференцирующий и детектирующий блок, 2 - формирователь импульса, 3 - излучатель, 4 - линия связи, 5 - фотоприемное устройство, 6 - триггер, 7 - генератор импульсов защитного интервала, 8 - схема сравнения.

Схема содержит на передающей стороне последовательно соединенные дифференцирующий и детектирующий блок 1, вход которого является входом устройства, формирователь импульса 2, излучатель 3. На приемной стороне последовательно соединенные фотоприемное устройство 5, триггер 6, схему сравнения 8, выход которого является выходом сигнала ошибки. Выход фотоприемного устройства 5 соединен также со входом генератора импульсов защитного интервала 7, выход которого соединен со вторым входом схемы сравнения 8. Выход триггера 6 является выходом сигнала.

Схема работает следующим образом. После поступления импульса на вход дифференцирующего и детектирующего блока 1, где дифференцируют его и детектируют дифференциалом фронтов. В простейшем случае блок 1 может быть выполнен в виде RC цепочки и диода. Формирователь импульсов 2 может быть выполнен как простой одновибратор, он подает на излучатель 3 импульсы с максимально допустимой амплитудой и минимально допустимой длительностью, что обеспечивает минимум вероятности ошибки при приеме оптических импульсов фотоприемным устройством 5. После приема выход триггера 6 инвертируется и одновременно производится запуск генератора импульсов защитного интервала 7. Если в течение этого интервала происходит сброс "1" новым импульсом на выходе схемы сравнения 8 (в простейшем случае - "исключающее ИЛИ"), уровень соответствующий нормальной работе не изменяется. В противном случае вырабатывается сигнал ошибки.

Формула изобретения

Способ передачи цифрового сигнала, заключающийся в дифференцировании поступающего на вход системы информационного импульса, детектировании полученного дифференциала, формировании из него импульса накачки и преобразовании последнего в оптический импульс, его приеме после передачи и обратном преобразовании в электрический, отличающийся тем, что после детектирования ограничивают полученный сигнал по амплитуде и длительности, а после приема очередного оптического импульса изменяют состояние выхода системы на обратное, а при отсутствии изменения на выходе системы при уровне "1" в течение времени, равного обратной величине минимально возможной скорости передачи, состояние выхода устанавливают в "0", а полученный последний сигнал интерпретируют как ошибочный.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2