Спосіб обміну дискретною інформацією в умовах широтно-імпульсної модуляції та пристрій для його реалізації

1 Спосіб обміну дискретною інформацією в умовах широтно-імпульсної модуляції, який включає зчитування байта інформації з носія, перетворення його на послідовний код і передавання до каналу зв'язку, який відрізняється тим, що на передавальному боці додатково перетворюють послідовний сигнал за правилами широтноімпульсної модуляції на спектр гармонік, виділяють інформативні частоти, очікують повідомлення з приймального боку, ідентифікують підтвердження, повторно передають байт інформації при негативному результаті, а на приймальному боці виділяють з групового сигналу лінії дві інформативні частоти, формують з виділеного сигналу ПОСЛІДОВНІСТЬ прямокутних імпульсів, визначають тривалість кожного прямокутного імпульсу з фіксацією зареєстрованих значень в оперативному запам'ятовувальному пристрої персонального комп'ютера, ідентифікують стартову комбінацію для асинхронного режиму чи синхросимвол для синхронного режиму обміну з визначеної ПОСЛІДОВНОСТІ, надсилають відповідне службове повідомлення до передавального боку у випадку невідповідності отриманої кодової комбінації стартовій, контролюють тривалість зафіксованих імпульсів із задаваними значеннями яких не відповідає встановленим значенням, ідентифікують отриману інформаційну кодову комбінацію, передають підтвердження правильного приймання при позитивному результаті ідентифікації чи запит на повторне передавання при негативному, записують кодову комбінацію на носій у випадку позитивного результату ідентифікації 2 Пристрій для обміну дискретною інформацією в умовах широтно-імпульсної модуляції, який містить персональний комп'ютер у складі центрального процесора, оперативного та постійного запам'ятовувальних пристроїв та носія інформації, послідовний інтерфейс, модулятор та канал обміну інформацією, який відрізняється тим, що до нього введені чотири вузькосмугові фільтри, формувач прямокутних імпульсів, програмований таймер та програмований паралельний інтерфейс, причому до каналу обміну інформацією підключені виходи першого та другого вузькосмугових фільтрів, а також входи третього та четвертого вузькосмугових фільтрів, вхід модулятора підключений до виходу послідовного інтерфейсу, а вихід з'єднаний зі входами першого та другого вузькосмугових фільтрів, вхід формувача прямокутних імпульсів підключений до виходів третього та четвертого вузькосмугових фільтрів, а вихід з'єднаний зі входом паралельного інтерфейсу та входом дозволу рахування лічильника програмованого таймера, тактовий вхід лічильника програмованого таймера підключений до системного каналу персонального комп'ютера, за допомогою якого центральний процесор зв'язаний з оперативним та постійним запам'ятовувальним пристроями, носієм інформації, послідовним інтерфейсом, програмованим паралельним інтерфейсом та програмованим таймером г о т а Г1 для встановленої швидкості передавання, вилучають з комбінації символи, тривалість Винахід відноситься до техніки передавання інформації і може використовуватися в інформаційно-вимірювальних системах, комп'ютерних ме режах та системах обміну інформацією Відомий спосіб передавання та приймання двійкових сигналів та пристрій для його реаліза 5 00 48412 цм[Авторське свідоцтво СРСР №1164892, МКІ НОЗМ 13/00, бюлетень "Изобретения стран мира", 1985, №18] Спосіб полягає в тому, що під час передавання перед кожним імпульсом перетворюваної ПОСЛІДОВНОСТІ формують додатковий, полярність якого встановлюють у ВІДПОВІДНОСТІ З кореляційним перетворенням полярності імпульсів початкової двійкової ПОСЛІДОВНОСТІ, а під час приймання перед порівнянням кожного сигналу, отриманого після стробування із завданим порогом, визначають його полярність і формують сигнал, що відповідає полярності даного сигналу, отриманого після стробування і сигнал передбачення полярності наступного сигналу, що отримується після стробування в наступний ВІДЛІКОВИЙ момент часу у ВІДПОВІДНОСТІ з кореляційним перетворенням, що здійснюється під час передавання, який порівнюється з сигналом, що відповідає полярності наступного сигналу, отриманого після стробування, а при їх невідповідності збільшують завданий поріг Відомий також спосіб кодування та передавання шформацм[Авторське свідоцтво СРСР №1432788 МКІ НОЗМ 13/00, бюлетень "Открытия Изобретения", 1988, №39] Спосіб вміщує в собі кодування інформаційної ПОСЛІДОВНОСТІ елементарних бінарних сигналів за допомогою частотної маніпуляції з неперервною фазою і наступне передавання модульованого сигналу каналом зв'язку Завдяки передаванню кожних п(п > 1) кодованих згортковим кодом елементарних двійкових сигналів інформаційної ПОСЛІДОВНОСТІ і некодованим елементарним двійковим сигналом цієї самої ПОСЛІДОВНОСТІ, ПІСЛЯ чого здійснюють частотну модуляцію з неперервною фазою При цьому забезпечується підвищення швидкості передавання Кодова відстань лишається незмінною Вказані способи мають той недолік, що займають дуже широку смугу частот для організації обміну інформацією Найбільш близьким по технічній суті є спосіб кодування і передавання інформації із захистом та пристрій для його реалізацм[Патент України на винахід №23491 А МКІ НОЗМ 13/00 бюлетень "Промислова власність" 1998 №4] Спосіб вміщує в собі моделювання ПОСЛІДОВНОСТІ елементарних двійкових сигналів і передавання їх каналом зв'язку у вигляді стандартного блока На передавальному бот чисельними методами розраховуються коефіцієнти ряду Фур'є, отримані гармоніки по черзі відкидають, починаючи з кінця до тих пір, поки похибка відновлення буде в межах 0 5 досягаючи мінімального складу ряду Фур'є Отримані коефіцієнти розбивають на байти за правилами комп'ютерного адресування, перетворюють на послідовний код і передають до каналу зв'язку На приймальному боці елементарні ДВІЙКОВІ сигнали зчитують з каналу зв'язку, демодулюють, перетворюють на паралельний код по байтах, вводять до персонального комп'ютера, де за правилами комп'ютерного адресування з них формують коефіцієнти ряду Фур'є довжиною у стандартне машинне слово, розраховують значення функції для аргументу, що дорівнює 1,2, п, де п - довжина стандартного блока інформації, а отримані значення округлюють до найближчого цілого числа Вказаний спосіб як і попередні розрахований на відновлення сигналу що формується на передавальному пункті, із завданою похибкою При цьому не враховуються особливості передавання В умовах широтно - імпульсної модуляції інформативним параметром є тривалість імпульсу, причому нуль кодової комбінації передається прямокутним імпульсом з тривалістю xrj а одиниця імпульсом з тривалістю ц Ці сигнали мають кінцеву тривалість і ВІДПОВІДНО, безкінцевий частотний спектр Практично всі канали мають обмежену смугу пропускання Виходячи з цього, при передаванні сигналу реальним каналом зв'язку може бути передана лише частина його частотного спектра Тому потрібно забезпечувати пропускання каналом суттєвої його частини[Кузьмин И В , Кедрус В А Основы теории информации и кодирования К Вища школа, 1977 с 36 - 37] 3 енергетичної точки зору практична ширина спектра періодичного сигналу визначаться як область частот, в межах якої сконцентрована переважна частина всієї енергії сигналу Для поодинокого прямокутного імпульсу тривалістю х та амплітудою и с спектральна ЩІЛЬНІСТЬ визначається виразом S(jat)= J x(f) e~Jotdt= JU (1) -T 2 Енергія сигналу, що сконцентрована у смузі частот від 0 до ш х = Я 1 S 2 (co)dco T2 = sm -Uf dco (2) 0 Відносна величина енергії поодинокого імпульсу, сконцентрована у смузі частот від 0 до шх, визначається функцією sin сот Ko\) = Де W, 2 (3) TT(U2-T) повна енергія поодинокого прямокутного імпульсу Чисельно вирішуючи вираз (3) можна визначити, що 90% енергії сигналу розташовується в смузі частот 0 Тобто з цієї умови практична ши рина спектра складає п'ять гармонік Причому, виходячи з (3) гранична частота буде визначатися тривалістю імпульсу Наведені викладки доцільно реалізувати у випадку, якщо необхідним є відношення форми сигналу В умовах широтно - імпульсної модуляції задача ідентифікації полягає у визначенні тривалості імпульсу, що надійшов з каналу зв'язку, причому вона може приймати лише два фіксовані значення(хд т а т-|) Це дозволяє передавати до каналу зв'язку лише дві фіксовані частоти, що ви 48412 значаються тривалостями імпульсів т а х-| 1 1 (4) 2x7 що дозволить суттєво скоротити смугу пропускання Якщо інформація передається каналом зв'язку, то тривалість передавання одного біта становить т-к (5) -швидкість де к - коефіцієнт пропорційності, передавання Для швидкості 1200 біт/с цей параметр становить Якщо одиниця передається імпульсом, тривалість якого становить х-| = 0 7х, а нуль - імпульсом тривалістю то =0,Зх|ТО згідно з(4) основні частоти сигналів будуть становити 2-0,3-8,3-10" 4 2-0,7-8,3-10" 4 З умови передавання практичної ширини спектра смуга частот яку займає канал, становить , Af = 5-2000 = ЮООО(Гц), Тобто, смуга частот, яку займає прототип, становить 10000Гц З іншого боку, при передаванні інформації її спотворення здійснюється за рахунок виливу завад, причому вони можуть мати різний характер від найпростіших(змша амплітуди сигналу) до більш складних(виникнення випадкових імпульсів, тривалість яких може змінюватися в досить широких межах) При цьому широка смуга частот каналу, яку займає прототип, дозволяє і завадам практично без перешкод проходити на приймальну частину, спотворюючи інформацію, що приймається Контроль правильності приймання інформації з каналу не здійснюється оскільки відсутній будьякий зворотний зв'язок між приймачем та передавачем Таким чином суттєвий ефект може дати скорочення смуги пропускання каналу, за рахунок чого з'являється можливість розташування додаткових і здійснюється відфільтровування завад, які спотворюють інформацію, а також введення інформаційного зворотного зв'язку, який дозволив би передавальній частині отримувати службову інформацію щодо правильності передавання даних В основу винаходу покладена задача створення способу передавання інформації в умовах широтно - імпульсній модуляції, при якому за рахунок введення нових операцій забезпечується звуження смуги частот, збільшується КІЛЬКІСТЬ каналів, що утворюються на одній лінії зв'язку і пдвищується ефективність використання лінії, а також підвищується вірогідність передавання інформації Вказана задача вирішується тим, що на передавальному боці дискретну інформацію по байтах зчитують з носія, перетворюють на послідовний код, кодують таким чином, що сигнал рівня логічної "одиниці" перетворюють на прямокутний імпульс однієї тривалості(ті), а сигнал логічного "нуля" на прямокутний імпульс другоі(то), після чого з безкінцевого спектра частот виділяють лише дві частоти, що є інформативними, і сформований ЛІНІЙНИЙ сигнал передають до каналу зв'язку На приймальному боці інформативні частоти виділяють з каналу зв'язку, перетворюють на прямокутні імпульси, для кожного з яких визначають його тривалість, визначають стартову ПОСЛІДОВНІСТЬ для асинхронного режиму або синхросимвол для синхронного, здійснюють контроль їх ВІДПОВІДНОСТІ завданим значенням і у випадку співпадшня ідентифікують отриману кодову комбінацію, після чого на передавальний бік надсилається підтвердження правильності приймання інформації У випадку неспівпадшня тривалості отриманого імпульсу нормативним значенням тривалості одиниці (т-|) Л Я та нуля (TQ) Д встановленої швидкості, вважається що імпульс сформувався за рахунок завади і цей імпульс в кодовому посиланні ігнорується, після чого ідентифікація продовжується При невідповідності отриманої комбінації стартовій для асинхронного режиму чи синхросимволу для синхронного також вважають, що пройшла завада і це кодове посилання ігнорується, В обох випадках на передавальний бік надсилаються ВІДПОВІДНІ службові повідомлення У випадку неможливості ідентифікації кодової комбінації на передавальний бік надсилають повідомлення щодо необхідності повтору передавання інформації Якщо ідентифікація посилання не виявила помилок, то байт даних записується на носій, а на передавальний бід передається підтвердження правильності приймання За рахунок введення таких операцій як виділеній з безкінцевого спектра частої двох інформатвних на передавалбному боці, а також виділення двох інформативних частот, перетворення їх на прямокутні імпульси, визначення тривалості кожного імпульсу та ідентифікація кодової комбінації на приймальному боці здійснюється не відновлення форми сигналу з певною похибкою, а ідентифікація переданої кодової комбінаці При цьому спрощується процес приймання інформації і скорочується смуга частот, яку займає канал передавання інформації Введення таких операцій як контроль, ВІДПОВІДНОСТІ тривалості імпульсів заданим значенням та контроль початкової кодової комбінації стартовій для асинхронного режиму чи синхросимволу для синхронного дозволяє здійснювати постійний контроль за правильністю приймання інформації Введення інформаційного зворотного з'вязку дозволяє оперативно виправити помилки за рахунок повторного передавання Відомий пристрій для приймання дискретних сигналів з кореляційним кодуванням по рівню [Авторське свідоцтво СРСР №1164892 МКІ НОЗМ 13/00, бюлетень "Изобретения стран мира", 1985, №18], який вміщає в себе блок кодування і фор 48412 мувач сигналів на передавальному боці, а також формувач вхідного сигналу блок вирішення, регістр зсуву, блок передбачення знаку, блок порівняння, елемент співпадшня та інвертор Відомий також пристрій для реєстрації способу кодування і передавання інформації [Авторське свідоцтвоСРСР №1432788, МКІ НОЗМ 13/12, бюлетень "Открития Изобретения", І988 №39] який вміщує в собі комутатори, блок згорткового кодування, блок модуляції та канал з'вязку Недоліком даних пристроїв є те, що вони займають дуже широку смугу частот для організації обміну інформацією Найбільш близьким за технічною суттю є пристрій для реалізації способу кодування і передавання інформації із захистом [Патент України на винахід №23491 А, МКІ НОЗМ 13/00, бюлетень "Промислова власність 1998, №4], який вміщує персональний комп'ютер у складі центрального процесора, оперативного запам'ятовувального пристрою, монітора, клавіатури та носія інформації, арифметичного співпроцесора, драпувального пристрою та системного каналу, канал передавання інформації який в подальшому доцільно називати каналом обміну Інформацією, оскільки передавання здійснюється в обох напрямках, пристрій модуляції, який в подальшому буде називатися просто модулятором, оскільки він виконує лише функцію модулювання сигналів, програмований контролер переривань та послідовний прт, який в подальшому називатиметься послідовним інтерфейсом, причому модулятор зв'язаний з каналом передавання інформації, по двунаправленій шині зв'язаний з інформаційним каналом послідовного інтерфейсу, виходи запитів переривання якого підключені до входів програмованого контролера переривань, а за допомогою системного каналу центральний процесор зв'язаний з арифметичним співпроцесором, постійним та оперативним запам'ятовувальними пристроями, монітором, клавіатурою, друкувальним пристроєм та носієм інформації Недоліком цього пристрою є те, що для організації передавання інформації він займає широку смугу частот, за рахунок чого значно зменшується КІЛЬКІСТЬ каналів обміну, що утворююгься на одній лінії Це пов'язано з тим, що під час передавання за основну мету поставлено відтворення початкової форми імпульсного сигналу При цьому не здійснюється контроль тривалості часу надходження сигналів, що зменшує вірогідність приймання інформації В основу винаходу поставлена задача удосконалення пристрою обміну Інформацією, в якому за рахунок введення нових блоків та зв'язків здійснюється передавання не ефективного спектра сигналу, який вміщйє 90% потужності і займає ряд гармонік, а лише двох інформативних частот Це дозволяє на приймальному боці не відновлювати повністю форму сигналу, а ідентифікувати кодову комбінацію за тривалістю імпульсів При цьому скорочується смуга частот, яку займає канал обміну інформацією Постійний контроль тривалості імпульсів, що формуються з інформативних частот, та організація інформаційного зворотного зв'язку дозволяє уникнути впливу завад на інфор 8 мативні сигнали, а при спотворенні кодової інформації повторно передати її каналом зв'язку Поставлена задача досягається тим, що до пристрою, який вміщує персональний комп'ютер у складі центрального процесора, оперативного запам'ятовувального пристрою, постійного запам'ятовувального пристрою та носія інформації, послідовний інтерфейс, модулятор та канал обміну, інформацією, додатково введені чотири вузькосмугові фільтри, формувач прямокутних імпульсів, програмований таймер та програмований паралельний інтерфейс, причому до каналу обміну інформацією підключені виходи двох вузькосмугових фільтрів передавальної частини та входи двох вузькосмугових фільтрів приймальної частини, входи вузькосмугових фільтрів передавальної частини з'єднані з виходом модулятора передавальної частини, вхід якого зв'язаний з виходом послідовного інтерфейсу, вхід формувача прямокутних імпульсів підключений до виходів вузькосмугових фільтрів приймальної частини, а вихід з'єднаний зі входом РА 0 програмованого паралельного інтерфейсу та зі входом дозволу роботи GATE програмованого таймера, тактовий вхід CLK якого підключений до системного каналу, за допомогою якого центральний процесор зв'язаний з модулями персонального комп'ютера, а також послідовним інтерфейсом передавальної частини пристрою, програмованим паралельним інтерфейсом і програмованим таймером його приймальної частини Введення до складу передавальної та приймальної частин вузькосмугових фільтрів, а до складу приймальної формувача прямокутних імпульсів програмованого таймера та програмованого паралельного інтерфейсу із ВІДПОВІДНИМИ зв'язками дозволяє суттєво обмежити смугу частот каналу за рахунок передавання не всього ефективного спектра сигналу, а лише двох інформативних частот, інформацію в якій несе тривалість сигналу Крімцього, введення програмованого таймера дозволяє підвищити вірогідність приймання інформації за рахунок додаткового контролю тривалості сигналу, що в свою чергу дозволяє уникнути сприймання завад як інформативних сигналів На фіг 1 подані часові діаграми, які ілюструють перетворення сигналів для пропонованого способу, на фіг,2 наведена схема, що реалізує спосіб обміну інформації при широтно-імпульсній модуляції, на фіг 3 - схема роботи пристрою в режимі передавання інформації, а на фіг 4 - схема роботи пристрою в режимі приймання інформації Пристрій обміну дискретною інформацією в умовах широтно-імпульсної модуляції вміщує канал обміну інформацією 1, до якого підключені виходи першого 2 та другого 3 вузькосмугових фільтрів передавальної частини, модулятор 4 вихід якого з'єднаний зі входами вузькосмугових фільтрів 2 та 3, а вхід зв'язаний з виходом послідовного інтерфейсу 5 два вузькосмугові фільтри приймальної частини 6 та 7 входи яких підключені до каналу обміну інформацією 1 а виходи з'єднані зі входом формувача прямокутних імпульсів 8, вихід якого зв'язаний зі входом дозволу рахування GATE програмованого таймера 9 та зі входом РАО паралельного інтерфейсу 10, тактовий вхід CLK програмованого таймера 9 підключений до систе 48412 10 здійснюється центральним процесором 12 персонального комп'ютера 16, надсилання ВІДПОВІДНОГО службового повідомлення до передавального боку у випадку невідповідності отриманої кодової комбінації стартовій, контроль тривалості зафіксованих імпульсів із завданими значеннями то т а х-| для встановленої швидкості передавання, вилучення з комбінації символів, тривалість яких не відповідає встановленим значенням, що здійснюється центральним процесором 12 персонального комп'ютера 16, ідентифікація отриманої інформаційної кодової комбінації, що здійснюється центральним процесором 12 персонального комп'ютера 16, передавання підтвердження правильного приймання при позитивному результаті ідентифікації чи запиту на повторне передавання при негативному, записування кодової комбінації на носій інформації 15 у випадку позитивного результату ідентифікації Для асинхронного режиму передавання в умоПристрій обміну дискретною інформацією в вах широтно - імпульсної модуляції надходження умовах широтно-імпульсної модуляції працює у на приймальну частину пристрою сигналу триваліВІДПОВІДНОСТІ з часовими діаграмами, поданими на стют-|, а потім сигналу тривалістю то свідчить фіг 1 та схемами роботи, наведеними на фіг 3 та фіг, 4 в напівдуплексному режимі за принципом проте, що після цього будуть надходити інформа"передавання - підтвердження" ційні сигнали При увімкненні живлення центральний процеДля синхронного режиму це визначається посор 12 персонального комп'ютера 16 здійснює ініціалізацію пристрою таким чином, що послідовний слідовною комбінацією імпульсів тривалостями Х 1 інтерфейс 5 налаштовується на передавання інта х ° склад якої відповідає кодовій комбінації, формації із необхідною швидкістю в синхронному вибраній у вигляді синхросигналу чи асинхронному режимі в залежності від завданих Описаний спосіб вміщує дм у такій ПОСЛІДОВНОумов обміну інформацію Лічильник програмованоСТІ го таймера 9 налаштовується на режим підрахунку на передавальному боці ЗОВНІШНІХ імпульсів Порт А програмованого паразчитування байта дискретної інформації з нолельного інтерфейсу 10 налаштовується на режим сія 15, простого введення інформації перетворення його на послідовний код за доЗа формулами 6 та 7 розраховуються кодові помогою інтерфейсу 5, комбінації, що відповідають тривалостям імпульсів перетворення послідовного сигналу за допомогою широтно - імпульсного модулятора 4 на х