Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СПОСОБ БАЛАНСНОГО ПРОСТРАНСТВЕННО-КОМБИНАЦИОННОГО УПЛОТНЕНИЯ ПРИ ПЕРЕДАЧЕ ЦИФРОВЫХ СИГНАЛОВ ПО МНОГОПРОВОДНЫМ ЛИНИЯМ СВЯЗИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
СПОСОБ БАЛАНСНОГО ПРОСТРАНСТВЕННО-КОМБИНАЦИОННОГО УПЛОТНЕНИЯ ПРИ ПЕРЕДАЧЕ ЦИФРОВЫХ СИГНАЛОВ ПО МНОГОПРОВОДНЫМ ЛИНИЯМ СВЯЗИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

СПОСОБ БАЛАНСНОГО ПРОСТРАНСТВЕННО-КОМБИНАЦИОННОГО УПЛОТНЕНИЯ ПРИ ПЕРЕДАЧЕ ЦИФРОВЫХ СИГНАЛОВ ПО МНОГОПРОВОДНЫМ ЛИНИЯМ СВЯЗИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Изобретение относится к технике проводной связи и может быть использовано в многоканальных многопроводных цифровых системах передачи. Технический результат заключается в возможности решить следующие задачи: уменьшить число проводов в многопроводной линии связи при одновременном увеличении числа источников цифровых сигналов, подключаемых к ним, дополнительно уплотнить несколько многопроводных линий на основе совместного использования этих линий; обеспечить высокую помехоустойчивость передачи информации. Способ основан на временной синхронизации сигналов, изменении разрядности и уровней в сигнале и преобразовании двухпроводной пространственно-раздельной передачи в балансную пространственно-комбинационную передачу. 2 с. и 6 з.п. ф-лы, 15 ил., 4 табл.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2138121
Класс(ы) патента: H04B3/00, H04J13/00
Номер заявки: 98122235/09
Дата подачи заявки: 11.12.1998
Дата публикации: 20.09.1999
Заявитель(и): Московский технический университет связи и информатики
Автор(ы): Абрамов В.А.; Венедиктов М.Д.; Рогацкий А.И.; Шаврин С.С.
Патентообладатель(и): Московский технический университет связи и информатики
Описание изобретения: Изобретение относится к технике проводной связи и может быть использовано в многоканальных многопроводных цифровых системах передачи.
Известен способ пространственного уплотнения {разделения) двухпроводных параллельных линий на основе уравновешенного моста (фантомных цепей) [1]. Этот способ заключается в формировании двух информационных сигналов, которые передают через два выходных трансформатора, выходные обмотки которых, содержащие средние точки, подключают к двум симметричным двухпроводным параллельным линиям связи. С выходов линий через два входных трансформатора, входные обмотки которых имеют средние точки, снимают сигналы, которые восстанавливают в приемниках. В средние точки выходных обмоток выходных трансформаторов подают сигнал от дополнительного источника с симметричным выходом, а со средних точек входных трансформаторов снимают сигнал для дополнительного приемника с симметричным входом. Изложенный известный способ реализуется устройством, не требующим дополнительного описания. Известный способ по сравнению со способом с раздельным использованием линий заключается в несколько более лучшей эксплуатации этих линий за счет передачи по ним сигнала от дополнительного источника. При сбалансированности устройства, построенного на основе уравновешенного моста, на приемной стороне будет существенно ослаблено взаимное влияние сигналов от разных источников в виде переходных помех. Однако эффективность уплотнения на основе данного способа оказывается невысокой вследствие того, что провода двухпроводных линий связи в отношении сигналов от двух основных источников используются раздельно и только в отношениии сигнала от дополнительного источника эти провода используются совместно. Кроме того, раздельное использование сигналов от нескольких источников, работающих по параллельным линиям связи, когда на передающей и на приемной сторонах, а также в линии связи имеют место одни и те же сигналы, также снижает эффективность эксплуатации проводов линий связи, ограничивая число источников, подключаемых к этим линиям;
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ [2], включающий в себя в передающей части группы передачи формирование К двухуровневых индивидуальных цифровых сигналов с равными амплитудами и передачу по многопроводной линии связи, а в приемной части группы передачи - восстановление индивидуальных цифровых сигналов.
Известно устройство для реализации данного способа, выполненное в виде группы передачи, содержащей передающую часть, состоящую из блока К источников двухуровневых индивидуальных цифровых сигналов, многопроводную линию связи и приемную часть, состоящую из блока К приемников индивидуальных цифровых сигналов. Известный способ позволяет уменьшить число проводов в линии связи на основе использования только одного общего для всех цифровых сигналов обратного провода.
Однако известный способ не обеспечивает высокого уровня уплотнения многопроводной линии связи вследствие раздельного использования проводов этой линии за исключением общего провода. Поэтому к L проводам линии связи, включая и общий провод, можно подключить только K = L - 1 источников сигналов. Кроме того, раздельная передача цифровых сигналов от нескольких источников, работающих по параллельным линиям связи, когда сигналы на выходах источников, в линии связи и в приемной части оказываются одни и те же, также снижает эффективность уплотнения многопроводной линии связи, ограничивая число источников, подключаемых к этой линии. Устройство, реализующее известный способ, не сбалансировано, т.е. не представляет собой схему в виде уравновешенного моста, как это имеет место в [1]. Это приводит к тому, что при передаче цифровых сигналов от нескольких источников с использованием общего обратного провода, на приеме возникают сильные переходные помехи в поступающих сигналах. Эти помехи изменяют амплитуды символов на приеме в зависимости от смены кодовых комбинаций на передаче. И наконец, несбалансированность устройства в известном способе не позволяет подключать к нему дополнительные источники сигналов на основе фантомных цепей, что также снижает эффективность уплотнения многопроводных линий связи.
Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков, а именно:
1) уменьшение числа проводов в многопроводной линии связи при одновременном увеличении числа источников цифровых сигналов, подключаемых к ним;
2) дополнительное уплотнение многопроводных линий на основе фантомных цепей;
3) повышение помехоустойчивости передачи.
Для обеспечения выполнения указанных задач в способе балансного пространственно-комбинационного уплотнения (БПКУ) при передаче цифровых сигналов по многопроводным линиям связи, включающем в себя в передающей части группы передачи формирование K двухуровневых индивидуальных цифровых сигналов с равными амплитудами и передачу по многопроводной линии связи, а в приемной части группы передачи - восстановление индивидуальных цифровых сигналов, формируют сигналы группы передачи на основе преобразования индивидуальных цифровых сигналов от К источников в передающий комбинационный сигнал, для чего в передающей части группы передачи индивидуальные цифровые сигналы от К источников с длительностями символов, кратными минимальной длительности символа одного из источников, синхронизируют по времени, и каждую полученную K-разрядную параллельную кодовую комбинацию сигналов кодопреобразуют в L-разрядную параллельную кодовую комбинацию при одновременном увеличении числа уровней в сигнале до значения М, при этом длительность каждого символа в K-разрядной кодовой комбинации задают равной минимальной длительности символа одного из К источников и обеспечивают выполнение следующих пяти условий:
K≥4 (1)
M≥З (2).
L≥3 (3),
K>>L (4),
ML-(M-1)L-2K=+Amin (5),
затем осуществляют пространственно-комбинационное уплотнение с преобразованием передающего комбинационного сигнала в пространственно-комбинационный линейный сигнал на основе преобразования двухпроводной пространственно раздельной передачи каждого разряда параллельных кодовых комбинаций в балансную L- проводную пространственно совместную передачу разрядов кодовых комбинаций сигнала, для чего первые провода L двухпроводных симметричных окончаний на выходе передающей части группы объединяют, формируя общую точку, а вторые знаконесущие провода окончаний соединяют с L одинаковыми проводами симметричной линии связи, а на выходе линии связи в приемной части группы передачи осуществляют пространственно-комбинационное разделение с преобразованием пространственно-комбинационного линейного сигнала в приемный комбинационный сигнал путем вторичного кодопреобразования входного сигнала в P-уровневый при сохранении L-разрядности параллельных кодовых комбинаций и выполнении условия
Р=2М-1 (6),
на основе обратного преобразования балансной L-проводной пространственно совместной передачи разрядов кодовых комбинаций сигнала в пространственно раздельную двухпроводную передачу каждого разряда параллельных кодовых комбинаций, для чего провода линии связи соединяют с помощью входных знаконесущих проводов приемной части с балансной с общей или без общей точки нагрузкой, имеющей L двухпроводных выходов, а затем приемный комбинационный сигнал преобразуют в К индивидуальных цифровых сигналов, для чего осуществляют обратное кодопреобразование - уменьшают число уровней в сигналах до двух и восстанавливают разрядность параллельных кодовых комбинаций до К, при этом L-проводную линию связи согласовывают с нагрузками, максимальное значение P ограничивают физическими и помеховыми свойствами многопроводной линии, а также нестабильностью пороговых уровней при обратном кодопреобразовании цифровых сигналов на приеме.
Описанный способ обеспечивает передачу сигналов от К источников 2-х уровневых цифровых сигналов по L проводам многопроводной линии связи. Так как К > L, то данный способ позволяет реализовать первый пункт поставленной задачи. Кроме того, сбалансированность нагрузок на входе и выходе линии связи позволяет реализовать третий пункт поставленной задачи.
По другому варианту способа осуществляют дополнительное балансное пространственное уплотнение на основе пространственно совместной передачи цифровых сигналов от N независимых одинаковых групп передачи с балансным пространственно-комбинационным уплотнением с числом проводов L в линии связи каждой группы, и сигналов от дополнительной аналогичной группы передачи с числом проводов L'= N, для чего цифровые сигналы дополнительной группы передачи на выходе передающей части подают с помощью L' знаконесущих проводов в N общих точек N групп передачи на входах линий связи, а на выходах линий связи осуществляют балансное пространственное разделение, для чего дополнительные цифровые сигналы снимают с N общих точек на входах приемных частей N групп передачи с балансным пространственно-комбинационным уплотнением.
Предложенный способ обеспечивает передачу сигналов от дополнительной группы с балансным пространственно-комбинационным уплотнением по многопроводным линиям связи на основе балансного пространственного уплотнения в виде "фантомных цепей", что еще больше увеличивает эффективность передачи сигналов и позволяет реализовать 2 пункт поставленной задачи.
В еще одном варианте способа осуществляют дополнительное балансное пространственное уплотнение на основе пространственно совместной передачи цифровых сигналов от N = 2 независимых одинаковых групп передачи с балансным пространственно-комбинационным уплотнением с числом проводов L в линии связи каждой группы, и сигнала произвольной формы от дополнительного источника с симметричным выходом, для чего сигнал дополнительного источника подают в общие точки передающих частей N = 2 групп передачи на входах линий связи, а на выходах линий связи осуществляют балансное пространственное разделение, для чего дополнительный сигнал для приемника с симметричным входом снимают с общих точек на входах приемных частей N = 2 групп передачи с балансным пространственно-комбинационным уплотнением.
Предложенный способ дает возможность передавать по многопроводным линиям двух групп передачи с БПКУ любые виды сигналов от дополнительного источника на основе дополнительного балансного пространственного уплотнения в виде "фантомных цепей".
В еще одном предложенном способе осуществляют дополнительное балансное пространственное уплотнение на основе пространственно совместной передачи цифровых сигналов группы передачи с балансным пространственно-комбинационным уплотнением и сигналов произвольной формы от L дополнительных источников, для чего цифровые сигналы группы передачи подают с помощью L знаконесущих проводов передающей части в средние точки выходных обмоток L одинаковых входных трансфороматоров, концы выходных обмоток которых соединяют с проводами одинаковых двухпроводных параллельных симметричных линий связи, при этом на входные обмотки упомянутых трансформаторов подают сигналы от L дополнительных источников, а на выходе линии связи осуществляют пространственное разделение, для чего цифровые сигналы группы передачи с балансным пространственно-комбинационным уплотнением снимают с помощью L знаконесущих проводов приемной части со средних точек входных обмоток L одинаковых выходных трансформаторов, концы входных обмоток которых соединяют с проводами линий связи, при этом с выходных обмоток этих трансформаторов снимают сигналы для L дополнительных приемников.
Предложенный способ балансного пространственного уплотнения на основе фантомных цепей позволяет осуществлять передачу сигналов группы с БПКУ по двухпроводным параллельным линиям и передачу дополнительных сигналов от L источников.
Устройство балансного пространственно-комбинационного уплотнения (БПКУ) при передаче цифровых сигналов по многопроводным линиям связи, выполненное в виде группы передачи, содержащей передающую часть, состоящую из блока К источников двухуровневых индивидуальных цифровых сигналов, многопроводную линию связи и приемную часть, состоящую из блока К приемников индивидуальных цифровых сигналов, отличается тем, что в передающую часть введены дополнительные блоки - блок синхронизации цифровых сигналов по времени, блок кодопреобразования K-разрядных параллельных кодовых комбинаций в L-разрядные кодовые комбинации с изменением числа уровней в сигнале с двух до М и блок балансного согласования, при этом связь упомянутых блоков с блоком К источников - последовательная и двухпроводная, причем блок балансного согласования содержит L выходных трансформаторов, концы первичных обмоток которых являются входами блока, а вторичные обмотки упомянутых трансформаторов соединены в виде балансной L-лучевой звезды так, что первые выходные концы этих обмоток объединены в общую точку, а вторые знаконесущие концы обмоток являются выходами блока балансного согласования и соединены с L одинаковыми проводами симметричной линии связи, а в приемную часть на выходе линии связи дополнительно введены - блок балансной нагрузки, который выполнен в виде замкнутого балансного L-стороннего моста без общей точки, каждая из одинаковых последовательно соединенных сторон которого представляет собой параллельное соединение входного активного сопротивления и первичной обмотки входного трансформатора, а к L узлам соединения сторон моста подключены входные знаконесущие провода, которые являются входами блока балансной нагрузки и соединены с L проводами линии связи, причем при L > 3 в балансный L-сторонний мост введены n дополнительных одинаковых активных сопротивлений, при этом дополнительные сопротивления включены в L-сторонний мост так, что каждый узел соединения в этом мосту соединен со всеми остальными узлами моста, кроме двух близлежащих узлов, а число n задано суммой ряда
0+2+3+4+...
в котором число членов ряда определено разностью
L - 2
концы вторичных обмоток входных трансформаторов балансного моста являются выходами блока балансной нагрузки, блок обратного кодопреобразования L-разрядных кодовых комбинаций в K-разрядные кодовые комбинации с изменением числа уровней в сигнале с М до двух, причем блок балансной нагрузки, блок обратного кодопреобразования соединены с блоком приемников последовательно двухпроводной связью.
Предложенное устройство обеспечивает передачу сигналов от К источников 2-х уровневых цифровых сигналов по L проводам многопроводной линии связи. Так как К > L, то реализуется первый пункт поставленной задачи. Кроме того, сбалансированность нагрузок на входе и выходе линии связи позволяет осуществить пункт 3 поставленной задачи.
В другом варианте устройства блок балансной нагрузки выполнен в виде L-лучевой звезды, лучами которой являются одинаковые входные активные сопротивления, первые знаконесущие концы которых соединены со входными знаконесущими проводами, являющимися входами блока балансной нагрузки и подключенными к L-проводам линии связи, а вторые концы упомянутых сопротивлений объединены в общую точку, при этом между знаконесущими концами активных сопротивлений последовательно включены первичные обмотки L одинаковых входных трансформаторов, концы вторичных обмоток которых являются выходами блока балансной нагрузки и соединены со входами блока обратного кодопреобразования.
Предложенное устройство, используя общую точку на входе приемной части группы, дает возможность дополнительного БПКУ сигналов на основе формирования нового вида "фантомных цепей" на базе многопроводных линий связи.
В еще одном варианте устройства блок балансного согласования выполнен в виде L одинаковых выходных дифференциальных усилителей с двухпроводными симметричными низкоомными выходами, причем входные концы дифференциальных усилителей являются входами блока балансной нагрузки, а выходы усилителей соединены в виде L-лучевой звезды так, что первые выходные концы усилителей объединены в общую точку, а вторые знаконесущие концы являются выходами блока балансного согласования и соединены с линией связи, а на выходе линии блок балансной нагрузки выполнен в виде балансного L- стороннего моста, каждая из одинаковых последовательно соединенных сторон которого представляет собой параллельное соединение входного активного сопротивления и симметричного входа входного дифференциального усилителя, а выходные концы дифференциальных усилителей являются выходами блока балансной нагрузки.
Предложенное устройство обеспечивает замену трансформаторов, входящих в блок балансного согласования, и в блок балансной нагрузки, на дифференциальные усилители.
В ином варианте устройства блок балансной нагрузки выполнен в виде L-лучевой звезды, при этом между знаконесущими концами активных сопротивлений последовательно включены симметричные входы L входных одинаковых дифференциальных усилителей, выходы которых являются выходами блока балансной нагрузки.
Предложенное устройство обеспечивает замену трансформаторов, входящих в блок балансной нагрузки, на дифференциальные усилители.
Предложенные способы и устройства поясняются фигурами, где:
фиг.1. Схема блока балансного согласования;
фиг.2. Схема блока балансной нагрузки без общей точки;
фиг.3. Схема блока балансной нагрузки с общей точкой;
фиг. 4. Схема построения 3-х групп передачи с балансным пространственно-комбинационным уплотнением (БПКУ) и с дополнительной группой с БПКУ:
фиг.5. Схема построения групп передачи с БПКУ для "фантомных цепей" 2-го порядка;
фиг. 6. Схема построения (N = 2) групп передачи с БПКУ и дополнительного источника и приемника сигналов произвольной формы;
фиг. 7. Схема построения группы передачи с БПКУ и (L=4) дополнительных источников и приемников сигналов произвольной формы;
фиг.8. Структурная схема устройства группы передачи с БПКУ;
фиг.9. Схема блока синхронизации;
фиг. 10. Схема блока кодопреобразования K-разрядных параллельных кодовых комбинаций в L-разрядные комбинации с изменением числа уровней в сигнале с двух до М;
фиг.11. Схема блока обратного кодопреобразования L-разрядных кодовых комбинаций в K-разрядные комбинации с изменением числа уровней в сигнале с М до двух;
фиг. 12. Вариант реализации регенератора;
фиг.13. Схема обратного кодопреобразования;
фиг. 14. Схема блока балансного согласования и блока балансной нагрузки в устройстве на основе дифференциальных усилителей:
фиг. 15. Схема блока балансной нагрузки в устройстве с выходными дифференциальными усилителями.
Способ балансного пространственно-комбинационного уплотнения при передаче цифровых сигналов по многопроводным линиям связи основан на совместном использовании сигналов и проводов многопроводной линии связи. Рассмотрим данный способ, например, для случая, когда передаются 2-х уровневые индивидуальные цифровые сигналы с одинаковыми амплитудами от К = 6 источников, длительность символов в каждом из которых является кратной (1,2,3.) минимальной длительности символа одного из этих источников. Сначала индивидуальные сигналы от К= 6 источников преобразуют в передающий комбинационный сигнал. Для этого в передающей части индивидуальные цифровые сигналы, имеющие произвольные фазы, синхронизируют по времени, что приводит к выравниванию фаз символов, поступивших от разных источников. Подобная синхронизация осуществляется при помощи параллельных регистров, управляемых тактовыми импульсами, выделенными из сигнала одного из источников, имеющего минимальную длительность символов. В результате получают (К = 6)-разрядные параллельные кодовые комбинации. При этом длительность каждого символа в К=6 разрядной параллельной кодовой комбинации задают равной минимальной длительности символа одного из К = 6 источников.
Далее каждую (К = 6) - разрядную параллельную кодовую комбинацию кодопреобразуют - уменьшают разрядность до значения L = 4 за счет увеличения числа уровней в сигнале до значения М = 3. Благодаря этому цифровой сигнал становится комбинационным. Это выражается в том, что каждый из L= 4 разрядов в преобразованной параллельной кодовой комбинации заключает в себе информацию о всех К = 6 разрядах в исходной параллельной кодовой комбинации. Такое преобразование дает возможность уменьшить число проводов в линии связи, необходимых для передачи сигналов от заданного количества источников двухуровневых сигналов, либо существенно увеличить количество упомянутых источников при заданном количестве проводов в линии. При кодопреобразовании требуется выполнение условий (1), (2), (3), (4), (5).
Выполнение условия (1) задает минимальное количество источников цифровых сигналов. Выполнение условия (2) обеспечивает ограничение минимального числа уровней в преобразованном сигнале, равного трем, т.к. в этом случае возникает преимущество предлагаемого способа по сравнению с прототипом. Условие (3) задает ограничение минимального количества проводов в линии (числа разрядов преобразованной кодовой комбинации). При этом линия связи строится таким образом, что все ее провода используются совместно, т.е. в зависимости от параллельной кодовой комбинации на выходе передающей части в качестве обратного провода может использоваться любой из проводов многопроводной линии или несколько проводов одновременно. Условие (4) позволяет эффективно использовать провода линии связи при передаче цифровых сигналов от заданного количества источников, при этом число источников должно быть больше числа проводов линии.
Выполнение условия (5) обеспечивает эффективность кодопреобразования, причем разность +Amin между количеством преобразованных L-разрядных M-уровневых кодовых комбинаций и количеством исходных K-разрядных 2-х уровневых кодовых комбинаций должна иметь минимальное значение. Например, при К = 6, двухуровневых источниках цифровых сигналов и числе уровней в преобразованном сигнале М = 3, количество проводов в линии (разрядность преобразованных кодовых комбинаций) L может быть задана, согласно условиям (3) и (4) в пределах от 3 до 5.
Однако, как будет показано ниже, только один из этих трех вариантов выбора числа проводов в линии, является оптимальным, т.е. удовлетворяющим условию (5).
Число параллельных кодовых комбинаций, которые можно передать по многопроводной линии связи при совместном использовании ограниченного количества проводов всеми источниками сигналов, оказывается меньшим, чем в случае раздельного использования этим же количеством источников большего количества проводов. Это хорошо видно на конкретном примере. Так, для приведенного случая, когда К = 6, при раздельном использовании проводов линии связи потребовалось бы 12 этих проводов (шесть 2-х проводных линий), а число параллельных кодовых комбинаций, которые при этом могут быть переданы 2K = 26 = 64. Казалось бы, что при совместном использовании проводов всеми 6-ю источниками, число этих проводов должно уменьшиться ровно в 2 раза. Однако этого не происходит. Дело в том, что при совместном использовании проводов число 2-х уровневых параллельных кодовых комбинаций, которые могут быть приняты на приемном конце, уменьшается и вместо 64 оказывается равным 63. "Запрещенной" для передачи оказывается кодовая комбинация, состоящая из одних единиц (111111), так как на приеме получают точно такой же сигнал, как при передаче кодовой комбинации 000000. Тогда для передачи 64 кодовых комбинаций от К = 6 источников требуется не 6, как хотелось бы, а К + 1 = 7 совместно используемых проводов линии связи. В этом случае теряется преимущество рассматриваемого способа передачи сигналов по сравнению, например, со способами на основе "общего провода" [2] или "фантомных цепей" [1].
Для устранения этого недостатка предложено осуществлять кодопреобразование раздельных двухуровневых К-разрядных цифровых сигналов в M-уровневые L-разрядные комбинационные цифровые сигналы, в которых каждая преобразованная параллельная L-разрядная кодовая комбинация соответствует К символам в исходной 2-х уровневой параллельной кодовой комбинации. При этом следует иметь в виду, что если для исходных 2-х уровневых сигналов число "запрещенных" параллельных кодовых комбинаций в случае совместного использования проводов линии связи всеми источниками равно 1 при любом количестве источников К, то для передающих комбинационных многоуровневых сигналов число "запрещенных" кодовых комбинаций возрастает и зависит как от М, так и от L. Например, при М = 3 и числе разрядов в параллельных кодовых комбинациях L = 3, число кодовых комбинаций, которые могут быть переданы по раздельно используемым проводам линии связи, равно ML = 33 = 27. Однако при совместном использовании меньшего количества проводов число параллельных кодовых комбинаций, которые могут быть переданы, уменьшается. При этом передаваемые кодовые комбинации повторно кодопреобразуются на балансной нагрузке на приемной стороне совместно используемой линии, о чем более подробно будет сказано далее по тексту. Кодовые комбинации при М = 3, L = 3 на передающей и приемной сторонах совместно используемой линии приведены в табл. 1 (см. в конце описания).
Из табл. 1 видно, что из 27 кодовых комбинаций на приемной стороне могут быть приняты только 19 кодовых комбинаций. Восемь кодовых комбинаций (с буквой "п") являются "запрещенными" (повторными) для передачи вследствие повторения уже использованных кодовых комбинаций.
Рассмотрим теперь другой случай, когда М = 3, а количество разрядов в параллельных кодовых комбинациях L = 4. Тогда число кодовых комбинаций, которые могут быть переданы по раздельно используемым проводам линии связи, равно МL = 34 = 81. Однако при совместном использовании меньшего количества проводов число параллельных кодовых комбинаций, которые могут быть переданы, уменьшается с 81 до 65. "Запрещенными" оказываются 16 кодовых комбинаций, получающихся вследствие повторения на приеме уже использованных кодовых комбинаций, что видно из приложения к табл. 3 (см. в конце описания).
Подобным же образом при М = 3, L = 5, из 35 = 243 получается 211 "разрешенных" кодовых комбинаций и 32 "запрещенные" кодовые комбинации.
Обобщая рассмотренные случаи, получаем, что число "запрещенных" кодовых комбинаций при М = 3 в зависимости от L = 3, 4, 5. выражается как последовательность чисел: 8, 16, 32..,т.е. 2L = (М-1)L.
В случае увеличения М, например при М = 4, L = 3, число кодовых комбинаций, которые могут быть переданы по раздельно используемым проводам составляет МL = 43 = 64. А по совместно используемым проводам линии связи число "разрешенных" кодовых комбинаций составляет только 37, при этом число "запрещенных" кодовых комбинаций составляет 27.
При М = 4, L = 4 имеем соответственно 175 "разрешенных" и 81 "запрещенных" кодовых комбинаций, при общем их количестве 256, а при М = 4, L = 5, будет 781 "разрешенных" и 243 "запрещенных" кодовых комбинации из 1024.
Таким образом, число "запрещенных" кодовых комбинаций при М = 4 в зависимости от L = 3, 4, 5. выражается как последовательность чисел: 27, 81, 243...,т.е. 3L = (M-1)L.
Аналогичное положение имеет место и при любых других М и L. Исходя из многочисленных примеров, найдено выражение для числа "запрещенных" параллельных кодовых комбинаций, имеющих место на совместно используемых линиях, при любых М и L. Это выражение выглядит как (M-1)L.
Тогда выражение для количества "разрешенных" кодовых комбинаций на линиях с совместно используемыми проводами, при любых М и L, будет иметь вид
МL - (М-1)L (9).
В предлагаемом способе увеличение количества кодовых комбинаций при кодопреобразовании, связанном с увеличением М, приводит к уменьшению числа совместно используемых проводов в линии связи L или к увеличению числа источников исходных 2-х уровневых сигналов К. Рассмотрим это на конкретном примере.
Для приведенного случая, когда К = 6, число параллельных кодовых комбинаций, необходимых для передачи 2-х уровневых сигналов от 6 источников, равно 2K = 26 = 64. Очевидно, что число пребразованных кодовых комбинаций в передающем комбинационном сигнале не должно быть меньше 64, но одновременно это число не должно быть слишком большим, иначе ухудшится эффективность использования М и L, что отражает условие (5). Поскольку для передачи преобразованных кодовых комбинаций желательно использовать как можно меньшее количество проводов, то выбираем для начала минимальное их количество L = 3. Согласно (9) число преобразованных кодовых комбинаций при М = 3, L = 3 будет равно 33 - 22 = 19, что существенно меньше числа исходных кодовых комбинаций (64). В этом случае условие (5) не выполняется, так как 19-64 =-45. Увеличиваем число проводов до L = 4. Тогда количество преобразованных кодовых комбинаций будет равно 34 -24 = 65. Такое количество кодовых комбинаций полностью удовлетворяет условию (5), т.к. + Amin = 65-64=1. Это легко проверить, взяв L = 5, тогда число преобразованных кодовых комбинаций будет равно 35 - 25 = 211, что существенно больше 64, т.е. не удовлетворяет условию (5) при заданных К и М. Таким образом, для К = 6, М = 3, оптимальным количеством проводов в линии связи (число разрядов в преобразованных кодовых комбинациях) L является четыре.
Из примера следует, что для К = 6 переход к передающему комбинационному сигналу при увеличении числа уровней в нем с 2-х до 3-х приводит к уменьшению числа проводов в совместно используемой линии связи с семи до четырех. Для сравнения следует заметить, что при наиболее употребляемом раздельном использовании проводов каждым из 6 источников потребовалось бы уже 12 проводов (шесть 2-х проводных линий).
Если же исходить не из имеющегося количества источников К, а из наличного числа проводов в линии, например 7-ми, то переход к передающему комбинационному сигналу при увеличении числа уровней в нем с 2-х до 3-х приведет к увеличению количества источников сигналов, сигналы от которых могут быть преданы по совместно используемой L = 7 проводной линии. Согласно (9), число кодовых комбинаций, которые могут быть переданы по упомянутой L = 7 проводной линии, при М = 3, будет равно 37 - 27 = 2059. С помощью этого количества параллельных кодовых комбинаций могут быть переданы сигналы от 11 источников двухуровневых цифровых сигналов (211 = 2048). Таким образом, переход к комбинационному сигналу и повышение числа уровней в нем при кодопреобразовании с 2-х до 3-х и L = 7 позволяет увеличить число источников K с 6 до 11. При раздельном же использовании 7 проводов линии к ним может быть подключено только 3 источника.
Формирование передающего комбинационного сигнала на основе преобразования двухуровневых (К = 6)-разрядных параллельных кодовых комбинаций в (М = 3)-уровневые (L = 4)-разрядные параллельные кодовые комбинации поясняется табл. 2 (см. в конце описания).
Кодопреобразование, как известно, выполняют в два приема. Сначала (K= 6)-разрядные параллельные кодовые комбинации дешифруют, а затем существляют шифрацию и получают (L = 4)- разрядные, (М = 3)- уровневые передающие комбинационные цифровые сигналы согласно табл.2.
Далее осуществляют пространственно-комбинационное уплотнение с преобразованием передающего комбинационного сигнала в пространственно-комбинационный линейный сигнал на основе преобразования двухпроводной пространственно раздельной передачи каждого разряда параллельных кодовых комбинаций в балансную L-проводную пространственно совместную передачу разрядов кодовых комбинаций сигнала. Для этого передающие комбинационные сигналы с двухпроводных низкоомных выходов кодопреобразователя подают в (L = 4)-проводную симметричную линию связи через L = 4 одинаковых выходных трансформаторов блока балансного согласования (фиг. 1). При этом первые концы выходных обмоток выходных трансформаторов объединяют, о6разуя общую точку, а вторые знаконесущие концы этих обмоток соединяют на выходе передающей части с L = 4 одинаковыми проводами симметричной линии связи. Такое соединение выходных трансформаторов является балансным с общей точкой на выходе передающей части группы (на входе линии связи).
Такое соединение позволяет перейти от раздельной двухпроводной передачи разрядов параллельных кодовых комбинаций цифровых сигналов (для чего требовалось сначала 2К, а затем 2L проводов), к совместной балансной передаче разрядов по L проводам линии связи.
При этом происходит преобразование предающего комбинационного сигнала в пространственно-комбинационный линейный сигнал. Сущность пространственно-комбинационного линейного сигнала рассмотрим на конкретном примере. Пусть на 1,2,3 и 4 входы блока балансного согласования (фиг. 1) подается передающий комбинационный сигнал в виде L = 4 разрядной параллельной кодовой комбинации 0101. Тогда на первый провод линии связи с выхода первого трансформатора Tp1 подается сигнал с уровнем 0, на второй провод линии с выхода Tp2 подается сигнал с уровнем 1, на третий провод линии с выхода Tp3 поступает сигнал с уровнем 0, а на четвертый провод с выхода Tp4 подается сигнал с уровнем 1. Поскольку в линии связи отсутствует общий провод, а сама линия и нагрузка на ее выходе сбалансированы то сигнал в первом проводе линии относительно второго провода этой линии будет соответствовать -1, относительно третьего провода 0, а относительно четвертого провода -1. Точно также сигнал во втором проводе относительно первого провода будет соответствовать 1, относительно третьего провода 1, а относительно четвертого провода 0. Сигналы в третьем и четвертом проводах относительно всех остальных проводов будут аналогичны сигналам соответственно в первом и втором проводах. Таким образом вместо кодовой комбинации 0101, что имела место на входе блока балансного согласования (фиг. 1), теперь в L = 4 проводах линии связи имеет место пространственное преобразование этой кодовой комбинации, когда каждый разряд исходной кодовой комбинации оказывается представлен 3 новыми разрядами, в зависимости от того провода линии, относительно которого оценивается сигнал.
На выходе линии связи в приемной части группы передачи осуществляют пространственно-комбинационное разделение с преобразованием пространственно-комбинационного линейного сигнала в приемный комбинационный сигнал, путем вторичного кодопреобразования входного сигнала в P-уровневый при сохранении L-разрядности параллельных кодовых комбинаций и выполнении условия P = 2М - 1. Это достигается на основе обратного преобразования балансной L-проводной пространственно совместной передачи разрядов кодовых комбинаций сигнала в пространственно раздельную двухпроводную передачу каждого разряда параллельных кодовых комбинаций. Для этого провода линии связи соединяют с помощью входных знаконесущих проводов приемной части с балансной с общей или без общей точки нагрузкой, имеющей L двухпроводных выходов. Балансная нагрузка выполняется либо в виде замкнутого L-стороннего без общей точки моста, (фиг. 2), либо в виде L-лучевой с общей точкой звезды (фиг.З).
При L > 3 в L- сторонний мост включают n дополнительных одинаковых нагрузок в виде активных сопротивлений, величины которых равны величинам активного сопротивления в каждом из плечей моста.
Включение данных сопротивлений в виде диагоналей моста (фиг.2) является необходимым условием балансировки этого моста. Для (L = 4)-стороннего моста, у которого имеются 2 диагонали, требуется 2 дополнительных сопротивления. Для (L = 5)-стороннего моста, содержащего 5 диагоналей, требуется уже 5 дополнительных сопротивлений, а для (L = 6)-стороннего моста их требуется уже 9 и т.д. Общее выражение для числа дополнительных активных сопротивлений, включаемых в диагонали L-стороннего моста, определяют как n=0+2+3+4+... , в котором число членов ряда определяют разностью (L - 2). Например, при L = 5, число членов ряда будет (5-2)= 3, а число дополнительных сопротивлений n = 0+2+3= 5.
С помощью балансной нагрузки в виде L-стороннего моста или L-лучевой звезды осуществляют переход от балансной L-проводной пространственно совместной передачи разрядов кодовых комбинаций к пространственно раздельной 2-х проводной передаче каждого разряда кодовых комбинаций. Это достигается за счет использования трансформаторов, подключаемых параллельно сторонам моста (фиг. 2), либо за счет трансформаторов, подключаемых между лучами звезды (фиг. З). При этом осуществляют пространственно-комбинационное разделение с преобразованием пространственно-комбинационного линейного сигнала в приемный комбинационный сигнал путем вторичного кодопреобразования входного сигнала в P-уровневый при сохранении L-разрядности параллельных кодовых комбинаций и выполнении условия P = 2М - 1. Такое формирование приемного комбинационного сигнала на основе преобразования M-уровневых параллельных кодовых комбинаций, имеющих место на выходе передающей части, в P-уровневые параллельные кодовые комбинации (например при М= 3) на выходе балансной нагрузки, поясняется табл. 3.
Данное преобразование оказывается возможным при сбалансированности группы передачи в целом, а именно: балансного согласования на входе линии, собственно линии связи и балансной нагрузки на выходе данной линии.
Повторное кодопреобразование и увеличение количества уровней в сигнале в приемной части на выходе балансного L-стороннего моста (фиг.2) происходит на основе взаимодействия (суммирования и вычитания) в плечах данного моста импульсных сигналов, приходящих по разным проводам линии связи.
Рассмотрим механизм кодопреобразования M-уровневого цифрового сигнала в P-уровневый на нагрузке в виде балансного моста для М = 3, L = 4. Кодопреобразование осуществляется в соответствии сданными табл.З.
Пусть, например, по 1, 2 и 4 проводам линии связи (фиг.2) с передающей стороны приходит сигнал, соответствующий уровню 0, а по 3-му проводу - сигнал с уровнем +1, что соответствует кодовой комбинации 0010. Вследствие сбалансированности моста ток будет протекать только в плечах, где находятся сопротивления R2, R3, на которых будет сигнал с уровнем 1, а на сопротивлениях R1, R4 в других плечах моста будет иметь место сигнал с уровнем 0. Параллельно с сопротивлениями R1, R2, R3, R4 в плечах моста включены первичные обмотки одинаковых входных трансформаторов Tp1, Tp2, Tp3, Tp4. Первичные обмотки данных трансформаторов включены между собой последовательно. Вследствие этого на вторичных обмотках Tp2 и Tp3 появляются сигналы с уровнями 1, однако на выходе Tp2 имеет место сигнал с уровнем -1, а на выходе Tp3 - сигнал с уровнем +1. На выходах Tp1 и Tp4 имеют место сигналы с уровнем 0. Тогда преобразованная кодовая комбинация будет представлена в виде 0-110.
Рассмотрим другой случай, когда по 1 и 2 проводам линии связи приходят сигналы, соответствующие уровню 0, а по 3 и 4 проводам - сигнал с уровнем +1, что соответствует кодовой комбинации 0011. Вследствие того, что к концам сопротивления R2 в плече моста прикладываются два сигнала с уровнем +1, то ток через данное сопротивление протекать не будет, а на самом сопротивление имеет место уровень 0. Кроме того, из-за сбалансированности моста уровень 0 будет также на сопротивлении R4. Через сопротивления R1, R3 протекает ток, и имеет место уровень 1, при этом на выходе Tp1 будет - 1, а на выходе Tp3 будет +1. Тогда преобразованная кодовая комбинация на выходе балансного моста выглядит как -1010. В случае, когда на вход балансного моста с выхода передающей части поступает кодовая комбинация 00-1-1, то на выходе моста будет преобразованная кодовая комбинация 10-10.
Другое кодопреобразование происходит при поступлении на вход балансного моста с выхода передающей части кодовой комбинации 00- 11. Вследствие того, что к концам сопротивления R2 в плече моста прикладываются два сигнала, причем один с уровнем +1, а другой с уровнем -1, то через данное сопротивление будет протекать ток, а на самом сопротивление имеет место уровень 2. Из-за сбалансированности моста на R4 будет уровень 0, а на R1, R3 будут сигналы с уровнем 1. При этом преобразованная кодовая комбинация на выходе моста будет представлена в виде -12-10. Если же на вход моста с выхода передающей части поступает кодовая комбинация 001- 1, то на выходе моста будет иметь место кодовая комбинация 1-210.
При поступлении на вход моста с выхода передающей части кодовой ком6инации, содержащей три единицы с разными знаками, например 0-1-11, происходит следующее преобразование данного сигнала. Поскольку к концам сопротивления R2 в плече моста прикладываются 2 сигнала с уровнями 1, но противоположного знака, то на нем будет иметь место уровень 2. Одновременно к концам сопротивления R3 прикладываются 2 сигнала с уровнями 1, но одинакового знака, вследствие чего на нем будет уровень 0. На R1, R4 будут иметь место уровни 1. Тогда преобразованная кодовая комбинация на выходе моста будет -120-1. Если же на вход моста поступает кодовая комбинация 011-1, то на выходе моста будет иметь место кодовая комбинация 1-201.
При кодовой комбинации, содержащей три единицы, например 0-11-1, осуществляется следующее преобразование. Особенностью данной кодовой комбинации является то, что 2 сигнала с уровнями 1, но противоположного знака прикладываются к концам двух сопротивлений R2, R3.
Вследствие этого на этих сопротивлениях формируются уровни 2, в то время, как на сопротивлениях R1, R4 формируются уровни 1. В этом случае преобразованная кодовая комбинация на выходе моста будет 1-22-1. Если же на вход моста подают кодовую комбинацию 01-11, то на выходе моста получают преобразованную кодовую комбинацию -12-21.
При подаче на вход моста с выхода передающей части кодовой комбинации, содержащей четыре единицы с разными знаками, например -1-1-11, осуществляют следующее преобразование. Особенность данной кодовой комбинации проявляется в том, что на сопротивления R1, R2 в плечах моста воздействуют 2 сигнала с уровнями 1, но противоположного знака, а на сопротивления R3, R4 в других плечах моста воздействуют также 2 сигнала с уровнями 1, но одинакового знака. Вследствие этого на выходе моста получают преобразованную кодовую комбинацию -2200. Если же на вход моста подают кодовую комбинацию 111-1, то на выходе моста получают кодовую комбинацию 2-200. Похожее кодопреобразование осуществляют при подаче на вход моста кодовой комбинации, содержащей две единицы одного знака и две единицы противоположного знака, например-111-1. Тогда на сопротивления R2, R4 воздействуют 2 сигнала с уровнями 1 противоположного знака, а на сопротивления R1, R3 воздействуют 2 сигнала с уровнями 1 одинакового знака. На выходе моста получают кодовую комбинацию 0-202.
В случае подачи на вход моста с выхода передающей части кодовой комбинации, содержащей 4 единицы с чередующимися знаками, например -11-11, производят другое кодопреобразование. Особенностью рассматриваемой кодовой комбинации является то, что на каждое из сопротивлений R1, R2, R3, R4 в плечах моста воздействует 2 сигнала с уровнями 1, но противоположного знака, вследствие чего на выходе моста получают кодовую комбинацию -22-22.
Из рассмотренного кодопреобразования видно, что 3-х уровневый сигнал с выхода передающей части на выходе балансного моста оказался преобразованным в 5-ти уровневый цифровой сигнал. Аналогичным образом 4-х уровневый сигнал будет преобразован в 7-ми уровневый цифровой сигнал и т.д. На основании этого общее выражение, отражающее увеличение числа уровней на балансном L-стороннем мосте, соответствует P = 2М - 1.
Повторное кодопреобразование и увеличение количества уровней в сигнале в приемной части на выходе балансной нагрузки в виде L-лучевой звезды (фиг. 3) происходит также как и при использовании балансной нагрузки в виде L-стороннего моста в соответствии с табл.3.
Нагрузка в виде балансной L-лучевой звезды похожа на L-лучевую звезду в блоке балансного согласования в передающей части. Лучами звезды являются одинаковые активные сопротивления, первые знаконесущие концы которых соединяют с входными знаконесущими проводами приемной части группы и через них с проводами линии связи, а вторые концы этих сопротивлений объединяют в общую точку. При этом между знаконесущими концами активных сопротивлений последовательно включены первичные обмотки L одинаковых входных трансформаторов, концы вторичных обмоток которых являются выходами блока балансной нагрузки и соединены со входами блока обратного кодопреобразования.
Формирование приемного комбинационного сигнала на основе преобразования M-уровневых параллельных кодовых комбинаций, имеющих место на выходе передающей части, в P-уровневые параллельные кодовые комбинации (при М = 3) на выходе балансной нагрузки в виде L-лучевой звезды происходит на основе взаимодействия (суммирования и вычитания) в первичных обмотках L входных трансформаторов импульсных сигналов, приходящих по разным проводам линии связи (фиг.3).
Рассмотрим механизм кодопреобразования М-уровневого цифрового сигнала в P-уровневый на нагрузке в виде L-лучевой звезды для М = 3, L = 4. Пусть как и в ранее рассмотренном случае по 1, 2 и 4 проводам линии связи (фиг.3) с передающей стороны приходит сигнал, соответствующий уровню 0, а по 3-му проводу - сигнал с уровнем +1, что соответствует кодовой комбинации 0010. Ток в L-лучевой звезде будет протекать по сопротивлению R3 до общей точки, а далее он разветвляется и протекает по R1, R2, R4, уменьшаясь в 3 раза в каждом из этих 3-х сопротивлений. При этом вследствие равенства потенциалов между точками 1 и 2, а также между точками 1 и 4 (фиг. 3), в первичных обмотках трансформаторов Tp1, Tp4 ток будет отсутствовать, а на выходе вторичных обмоток этих трансформаторов будут иметь место уровни 0.
Между точками 3 и 2, а также между точками 3 и 4 в лучах звезды будут иметь место уровни 1, а через первичные обмотки Tp2, Tp3 будут протекать токи. Первичные обмотки данных трансформаторов включены между собой последовательно. Вследствие этого на вторичных обмотках Tp2 и Tp3 появляются сигналы с уровнями 1, однако на выходе Tp2 имеет место сигнал с уровнем -1, а на выходе Tp3 - сигнал с уровнем +1. Тогда преобразованная кодовая комбинация будет представлена в виде 0-110.
Рассмотрим другой случай, когда по 1 и 2 проводам линии связи с выхода передающей части приходят сигналы, соответствующие уровню 0, а по 3 и 4 проводам -сигнал с уровнем +1, что соответствует кодовой комбинации 0011. Вследствие того, что к точкам 3 и 4 в лучах звезды прикладываются два сигнала с уровнем +1, то ток через первичную обмотку Tp2 протекать не будет, а на вторичной обмотке этого трансформатора будет иметь место уровень 0. Кроме того вследствие сбалансированности звезды уровень 0 будет также между точками 1 и 2, а значит и на выходе Tp4. Между точками 1 и 4, а также между точками 2 и 3 будет иметь место уровень 1, при этом на выходе Tp1 будет -1, а на выходе Tp3 будет +1. Тогда преобразованная кодовая комбинация на выходе блока балансной нагрузки выглядит как-1010. В случае, когда на вход балансной нагрузки поступает кодовая комбинация 00-1-1 с выхода передающей части, то на выходе нагрузки будет преобразованная кодовая комбинация 10-10.
Таким образом, из рассмотренных примеров видно, что повторное кодопреобразование в балансной нагрузке в виде L-лучевой звезды с общей точкой происходит аналогично кодопреобразованию в балансной нагрузке в виде L-стороннего моста без общей точки и соответствует табл.3.
Увеличение количества уровней в сигнале на приеме происходит в условиях, когда
(U1пр - U0пр)/U1пр =(U2пр-U1пр)/U2пр=(U1пер-UОпер)/ U1пер,
где U1пр - амплитуда символа на приеме, соответствующая уровню ± 1;
U2пр - амплитуда символа на приеме, соответствующая уровню ± 2;
U0пр - амплитуда символа на приеме, соответствующая уровню 0;
U1пер - амплитуда символа на передаче, соответствующая уровню ± 1;
U0пер - амплитуда символа на передаче, соответствующая уровню 0.
То есть относительная разность между уровнем ±+ 1 и уровнем 0, а также между уровнем ± 2 и уровнем ± 1 (одинаковой полярности) в 5-ти уровневом сигнале на приеме остается точно таким же, как в 3-х уровневом сигнале на передающей стороне. Данное обстоятельство способствует высокой помехоустойчивости передачи в отличие, например, от метода передачи с частичным откликом, при котором увеличение числа уровней в сигнале на приеме сопровождается снижением помехоустойчивости.
Далее приемный комбинационный сигнал преобразуют в К=6 индивидуальных цифровых сигналов, для чего осуществляют обратное кодопреобразование - уменьшают число уровней в сигналах до двух и восстанавливают разрядность параллельных кодовых комбинаций до К = 6. При этом P = 5 уровневые L = 4 разрядные параллельные кодовые комбинации с 4 выходных обмоток входных трансформаторов блока балансной нагрузки подают на блок обратного кодопреобразования, в котором осуществляется обратный переход от приемного комбинационного сигнала к индивидуальным цифровым сигналам. Входным устройством в блоке обратного кодопреобразования является схема регенераторов. Здесь осуществляют восстановление прямоугольной формы и длительности символов в цифровом сигнале. Регенерацию цифрового сигнала производят с помощью четырех одинаковых 5-ти уровневых регенераторов, причем сигнал на выходе каждого регенератора не восстанавливают снова до 5-ти уровневого, а представляют в виде четырех отдельных 2-х уровневых сигналов. При этом уровень 1 появляется только на одном из четырех выходов регенератора и соответствует: на 1 выходе - уровню +2; на 2 выходе -уровню -2; на 3 выходе - уровню +1; на 4 выходе - уровню -1.
Уровню 0 соответствует положение, когда на всех 4-х выходах регенератора присутствуют нули. Таким образом, формируют 4 двухуровневых сигнала от каждого из 4-х регенераторов. В результате получают двухуровневые 16-разрядные параллельные кодовые комбинации, соответствующие 5-уровневым 4-х разрядным кодовым комбинациям на выходе балансной нагрузки. Затем над этими 16-ти разрядными осуществляют обратное кодопреобразование - восстанавливают разрядность параллельных кодовых комбинаций до К = 6.
Преобразование двухуровневых 16-разрядных параллельных кодовых комбинаций, соответствующих пятиуровневым цифровым сигналам в восстанавливаемые двухуровневые (K = 6)-разрядные параллельные кодовые комбинации поясняется табл. 4.(см. в конце описания).
Обратное кодопреобразование выполняют в два приема. Сначала 16-ти разрядные параллельные кодовые комбинации дешифруют, а затем осуществляют шифрацию и получают (K = 6)-разрядные двухуровневые цифровые сигналы.
Предложенный способ реализуется при согласовании в рабочей полосе частот L-проводной линии связи с нагрузками. При этом, по мнению авторов, допустимо рассогласование не более 10 - 20%.
Максимальное значение P, а следовательно и М, ограничивают физическими (длиной, затуханием, нестабильностью параметров) и помеховыми свойствами каждой конкретной многопроводной линии, а также нестабильностью пороговых уровней при регенерации цифровых сигналов на приеме. При этом нестабильность пороговых уровней должна быть не более 10% от разности между уровнем 1 и уровнем 0 (или уровнем 2 и уровнем 1) на входе решающей схемы каждого регенератора.
Таким образом, предложенный способ обеспечивает уменьшение числа проводов в многопроводной линии связи группы передачи при одновременном увеличении числа источников цифровых сигналов. Так для передачи цифровых сигналов от К = 6 источников требуется только L = 4 физических провода (или две 2-х проводные линии), что в 3 раза эффективнее по сравнению с обычным (традиционным) способом раздельного использования линий и сигналов.
Другой способ БПКУ при передаче цифровых сигналов по многопроводной линии связи заключается в том, что осуществляют дополнительное балансное пространственное уплотнение на основе пространственно совместной передачи цифровых сигналов от N независимых одинаковых групп передачи с балансным пространственно-комбинационным уплотнением с числом проводов L в линии связи каждой группы, и сигналов от дополнительной аналогичной группы передачи с числом проводов L' = N. Для этого цифровые сигналы дополнительной группы на выходе передающей части подают с помощью L' знаконесущих проводов в N общих точек N групп передачи на входах линий связи (фиг.4). На выходах линий связи осуществляют балансное пространственное разделение, для чего дополнительные цифровые сигналы снимают с N общих точек на входах приемных частей N групп передачи с БПКУ. В этом случае (при L = 4, L' = N = 3) каждый из L' = 3 знаконесущих проводов передающей части дополнительной группы включают в общую точку (ОТ) передающей части (П.Ч) на входе линии связи каждой из упомянутых N = 3 групп передачи (фиг.4). Таким образом, каждая L = 4 проводная линия в каждой из N = 3 групп используется дополнительной группой как один провод, а всего таких "одиночных" проводов оказывается L' = N = 3. В результате этого осуществляют переход от 2-х проводной раздельной передачи каждого разряда кодовых комбинаций дополнительной группы к балансной L-проводной совместной передаче этих разрядов. К общим точкам приемных частей (ПР.Ч) на выходах линий связи N = 3 групп подключают входные знаконесущие провода приемной части дополнительной группы, содержащей или не содержащей общую точку на входе приемной части. В блоке балансной нагрузки приемной части осуществляют повторное кодопреобразование сигнала и переход от балансной L-проводной совместной передачи разрядов кодовых комбинаций дополнительной группы к раздельной 2-х проводной передаче каждого разряда кодовых комбинаций. Далее сигналы, снимаемые с балансной нагрузки дополнительной группы, подают на блок обратного кодопреобразования, где сначала осуществляют регенерацию цифрового сигнала, а затем собственно обратное кодопреобразование. После этого восстановленные 2-х уровневые сигналы подаются на входы L' приемников цифровых сигналов.
Основным условием для осуществления такой "фантомной" передачи цифровых сигналов от дополнительной группы передачи с БПКУ является сбалансированность упомянутых N независимых одинаковых групп передачи, точнее балансного согласования в передающей части группы на входе каждой из N линий, собственно многопроводной линии связи каждой группы передачи и балансной нагрузки в приемной части группы на выходе каждой из N линий. Выполнение данного условия исключает появление переходных помех между сигналами основных и дополнительной групп передачи.
Следует отметить, что число дополнительных групп передачи может быть еще больше увеличено на основе использования "фантомных цепей" 2-го и более высокого порядка. Для образования "фантомных цепей" 2-го порядка и подключения к ним дополнительной группы передачи 2-го порядка (фиг. 5) требуется, чтобы теперь уже число дополнительных групп передачи 1-го порядка (каждая из которых использует, например N = 3 независимых основных групп передачи), имеющих общие точки (ОТ) на передаче и приеме, составляла бы B≥3 (в нашем примере В = 3). То есть для дополнительной группы передачи 2-го порядка В дополнительных групп передачи 1-го порядка являются основными.
Очевидно, что аналогичным образом к C≥3 дополнительным группам передачи 2-го порядка, имеющим общие точки на передаче и приеме, может быть подключена еще одна дополнительная группа теперь уже 3-го порядка, для которой С групп 2-го порядка будут основными.
Таким образом, предложенный способ дополнительного балансного пространственного уплотнения на основе "фантомных цепей" в применении к многопроводным линиям связи позволяет существенно увеличить количество дополнительных цифровых каналов без увеличения числа проводов, что соответствует решению поставленной задачи. Так, например, при наличие 16 проводов в линии связи и раздельного использования данных проводов (в виде 8-ми двухпроводных линий), по ним может передаваться информация от 8-ми источников 2-х уровневых сигналов. Совместное же использовании этого количества проводов, например четырьмя группами передачи с балансным пространственно-комбинационным уплотнением, позволяет существенно увеличить количество источников передаваемой информации. Так для рассмотренного нами случая, когда каждая из четырех групп передачи использует L = 4 провода, при М = 3, что позволяет передавать сигналы от К = 6 источников. Тогда 4 упомянутые группы могут обеспечить передачу информации от 24 источников 2-х уровневых сигналов. И это еще не предел, т.к. к общим точкам этих четырех групп передачи может быть "фантомно" подключена еще одна аналогичная группа, что позволяет по 16 проводам передавать информацию от 30 источников 2-х уровневых сигналов. Это почти в 4 раза больше, чем при раздельном использовании такого же количества проводов и в 2 раза больше, чем потенциально возможно в прототипе.
Еще один способ балансного пространственно-комбинационного уплотнения заключается в том, что осуществляют дополнительное балансное пространственное уплотнение на основе пространственно совместной передачи цифровых сигналов от N = 2 независимых одинаковых групп передачи с балансным пространственно- комбинационным уплотнением с числом проводов L (например L = 4) в линии связи каждой группы, и сигнала произвольной формы от дополнительного источника с симметричным выходом. Для этого сигнал дополнительного источника подают в общие точки передающих частей N = 2 групп на входах линий связи. А на выходах линий связи осуществляют балансное пространственное разделение, для чего дополнительный сигнал для приемника с симметричным входом снимают с общих точек на входах приемных частей N = 2 групп передачи с балансным пространственно-комбинационным уплотнением (фиг.6).
В случае, когда число дополнительных источников и приемников сигналов любого типа, каждый из которых передается по многопроводным линиям N = 2 групп передачи с БПКУ, оказывается равным двум, то к общим (средним) точкам на трансформаторных выходах этих дополнительных источников 1-го порядка может быть "фантомно" подключен еще один, но уже 2-го порядка дополнительный источник сигнала любого типа. А к общим (средним) точкам на трансформаторных входах дополнительных приемников 1-го порядка может быть "фантомно" подключен дополнительный приемник 2-го порядка.
Если же число дополнительных источников и приемников сигналов любого типа, каждый из которых передается по многопроводным линиям 2 групп передачи с БПКУ, оказывается равным или большим чем 3, то к общим (средним) точкам на трансформаторных выходах этих дополнительных источников 1-го порядка и на трансформаторных входах приемников 1-го порядка может быть "фантомно" подключена дополнительная группа передачи "второго порядка" с балансным пространственно-комбинационным уплотнением.
Предложен также способ балансного пространственно-комбинационного уплотнения, заключающийся в том, что осуществляют дополнительное балансное пространственное уплотнение на основе пространственно совместной передачи цифровых сигналов группы передачи с балансным пространственно-комбинационным уплотнением и сигналов произвольной формы от L дополнительных источников. Для этого цифровые сигналы группы передачи подают с помощью L (например L = 4) знаконесущих проводов передающей части в средние точки выходных обмоток L = 4 одинаковых входных трансформаторов (фиг.7). Концы выходных обмоток этих трансформаторов соединяют с проводами одинаковых двухпроводных параллельных симметричных линий связи. При этом на входные обмотки упомянутых трансформаторов подают сигналы от L = 4 дополнительных источников. На выходе линии связи осуществляют пространственное разделение, для чего цифровые сигналы группы передачи с балансным пространственно-комбинационным уплотнением снимают с помощью L = 4 знаконесущих проводов приемной части со средних точек входных обмоток L = 4 одинаковых выходных трансформаторов. Концы входных обмоток этих трансформаторов соединяют с проводами линий связи. При этом с выходных обмоток этих трансформаторов снимают сигналы для L = 4 дополнительных приемников.
В случае, когда число групп передачи с БПКУ, работающих по L двухпроводным линиям, оказывается равным двум, то к общим точкам этих групп может быть "фантомно" подключен еще один дополнительный источник и приемник сигнала любого типа. Если же число групп передачи с БПКУ, работающих по L двухпроводным линиям, будет равным или большим, чем 3, то к общим точкам этих групп может быть "фантомно" подключена еще одна дополнительная аналогичная группа передачи.
Устройство БПКУ при передаче цифровых сигналов по многопроводным линиям связи (для случая К = 6, М= 3, L= 4) состоит (фиг.8) из группы передачи с балансным пространственно-комбинационным уплотнением 1, которая содержит передающую часть группы передачи 2, L-проводную симметричную линию связи 3 и приемную часть группы передачи 4.
Передающая часть 2, в свою очередь, содержит блок источников двухуровневых цифровых сигналов 5, блок синхронизации цифровых сигналов по времени 6, блок 7 кодопреобразования K-разрядных параллельных кодовых комбинаций в L-разрядные кодовые комбинации с изменением числа уровней в сигнале с двух до М и блок балансного согласования 8. Блоки 5, 6, 7 соединены последовательно с помощью К двухпроводных связей, а выходы блока 7 соединены со входами блока 8 с помощью L двухпроводных связей. L выходов блока балансного согласования 8 соединены с L проводами симметричной линии связи 3. На выходе линии связи 3 приемная часть группы передачи 4 содержит блок балансной нагрузки 9, блок 10 обратного кодопреобразования L-разрядных кодовых комбинаций в K-разрядные кодовые комбинации с изменением числа уровней в сигнале с М до двух, блок приемников цифровых сигналов 11. Блоки 9 и 10 соединены последовательно с помощью L двухпроводных связей, а выходы блока 10 соединены со входами блока 11 с помощью К двухпроводных связей.
Блок синхронизации цифровых сигналов по времени 6 включает в себя (фиг. 9) для случая К=6 параллельный регистр 12 на шести D-триггерах и устройство хронирования (выделитель тактовой частоты) 13. Входы и выходы регистра 12 являются входами и выходами блока синхронизации 6. Вход устройства хронирования (УХ) 13 подключен к одной из входных шин регистра 12, по которой поступают цифровые сигналы, имеющие наименьшую длительность символов. Выход УХ 13 соединен с C-входами D-триггеров регистра 12.
Блок 7 кодопреобразования K-разрядных параллельных кодовых комбинаций в L-разрядные кодовые комбинации с изменением числа уровней в сигнале с двух до М состоит (для случая К = 6, М = 3, L = 4) из дешифратора 14 и шифратора 15 (фиг. 10). Выходы дешифратора 14 соединены со входами шифратора 15, а шесть входов дешифратора 14 и четыре выхода шифратора 15 являются входами и выходами блока кодопреобразования 7. Дешифратор 14 содержит шесть инверторов, подключенных ко входным шинам, и 64 схемы И. Входы схем И соединены со входными шинами дешифратора 14 и выходами инверторов на основании данных табл. 2. Шифратор 15 содержит восемь схем ИЛИ и четыре одинаковых дифференциальных усилителя с низкоомными выходами, при этом выходы 1, 3, 5 и 7 схем ИЛИ соединены с прямыми входами дифференциальных усилителей, а выходы 2, 4, 6 и 8 схем ИЛИ подключены к инверсным входам дифференциальных усилителей. Входы схем ИЛИ соединены со входными шинами шифратора 15 на основании данных табл.2.
Блок балансного согласования 8 представляет собой набор L = 4 одинаковых выходных трансформаторов Tp1, Tp2, Tp3, Tp4 (фиг. 1), концы первичных обмоток которых являются входами данного блока. Вторичные обмотки трансформаторов соединены в виде (L = 4)-лучевой звезды так, что первые концы вторичных обмоток трансформаторов объединены в общую точку, а вторые знаконесущие концы обмоток являются выходами блока 8.
Блок балансной нагрузки 9, не содержащий общей точки, выполняется в виде уравновешенного (L = 4)-стороннего моста (фиг. 2), каждая из одинаковых сторон которого представляет собой параллельное соединение активного сопротивления и первичной обмотки входного трансформатора (R1 и Tp1; R2 и Tp2; R3 и Tp3; R4 и Tp4). L = 4 узлов соединения сторон моста подключены ко входным знаконесущим проводам, которые являются входами блока балансной нагрузки 9 и соединяются с L = 4 проводами линии связи 3. Поскольку в рассматриваемом примере L = 4, то в диагонали балансного моста введены два дополнительных одинаковых активных сопротивления RД1 и КД2. Концы вторичных обмоток входных трансформаторов балансного моста являются выходом блока балансной нагрузки 9.
Блок 10 обратного кодопреобразования L = 4 разрядных кодовых комбинаций в (K = 6)- разрядные кодовые комбинации с изменением числа уровней в сигнале с М= 3 до двух состоит из схемы регенераторов 16 и схемы обратного кодопреобразования 17 (фиг. 11). Схема регенераторов 16 содержит L = 4 одинаковых регенератора (Р). Четыре входа схемы регенераторов 16 являются входами блока обратного кодопреобразования 10, а шестнадцать выходов схемы регенераторов 16 соединяются со входами схемы обратного кодопреобразования 17.
Каждый из регенераторов может быть реализован, например, на базе регенератора ИКМ-З0 [3] с добавлением двух решающих устройств (для уровней +2 и -2) и двух схем запрета. Регенератор (фиг. 12) состоит из корректирующего усилителя (КУ) с АРУ, устройства разделения (УР), устройства хронирования (УХ), которое имеется только в одном из 4 регенераторов, четырех решающих устройств (РУ) и двух схем запрета (СЗ). Вход КУ является входом регенератора и одним из 4 входов блока обратного кодопреобразования 10. Выход КУ соединен со входом УР, первый выход которого, подключен к первым входам РУ1, РУ2, а второй выход УР подключен к первым входам РУ3, РУ4. В одном из регенераторов первый и второй выходы УР соединены также с первым и вторым входами УХ. Первый и второй выходы УХ соединены со 2 и 3 входами РУ1, РУ2, РУ3, РУ4 в каждом из четырех регенераторов. Выход РУ1 и выход РУ4 соединены с запрещающими входами соответственно СЗ1 и СЗ2, а выход РУ2 и выход РУ3 соединены с информационным входом соответственно СЗ1 и СЗ3. Выходы РУ1, СЗ1, СЗ2, РУ4 являются выходами регенератора.
Схема обратного кодопреобразования 17 состоит из дешифратора 18 и шифратора 19 (фиг. 13). Шестнадцать входов дешифратора 18 соединены с таким же количеством выходов схемы регенераторов 16, а 64 выхода дешифратора 18 соединены со входами шифратора 19. 6 выходов шифратора 19 являются выходами блока обратного кодопреобразования 10. Дешифратор 18 содержит 4 схемы ИЛИ-НЕ и 64 схемы И. Входы схем И соединены со входными шинами дешифратора 18 и выходами схем ИЛИ-НЕ на основании данных та6л.4. Шифратор 19 содержит шесть схем ИЛИ, причем входы схем ИЛИ соединены со входными шинами шифратора 19 на основании данных табл.4.
Другой вариант устройства отличается тем, что блок балансной нагрузки 9 (фиг. З) выполняется в виде балансной L = 4 лучевой звезды с общей точкой. Лучами балансной звезды являются одинаковые входные активные сопротивления (R1, R2, R3, R4). Первые знаконесущие концы сопротивлений соединены со входными знаконесущими проводами, являющимися входами блока балансной нагрузки 9 и подключенными к L = 4 проводам линии связи 3, а вторые концы упомянутых сопротивлений объединены в общую точку. Между знаконесущими концами активных сопротивлений последовательно включены первичные обмотки L = 4 одинаковых входных трансформаторов (Tp1, Tp2, Tp3, Tp4), концы вторичных обмоток которых являются выходами блока балансной нагрузки 9 и соединены со входами блока обратного кодопреобразования 10.
В еще одном варианте устройства блок балансного согласования 8 (фиг. 14) выполняется в виде набора из L = 4 дифференциальных усилителей (У1п, У2п, У3п, У4п) с двухпроводными симметричными низкоомными выходами, причем входные концы усилителей являются входами данного блока 8 и соединены с выходами блока кодопреобразования 7. Выходы дифференциальных усилителей соединены в виде L = 4 лучевой звезды так, что первые выходные концы усилителей объединены в общую точку, а вторые знаконесущие концы являются выходами блока балансного согласования 8 и соединены с линией связи 3. А на выходе линии связи 3 блок балансной нагрузки 9 выполняется в виде уравновешенного (L = 4)-стороннего моста без общей точки. Каждая из последовательно соединенных сторон этого моста образуется параллельным соединением входного активного сопротивления и симметричным входом дифференциального усилителя (R1 и У1пр; R2 и У2пр; R3 и У3пр; R4 и У4пр). L = 4 узлов соединения сторон моста подключены к входным знаконесущим проводам, являющихся входами блока балансной нагрузки 9 и соединенных с линией связи 3, а выходные концы дифференциальных усилителей являются выходами блока балансной нагрузки 9.
Возможно выполнение устройства, в котором блок балансной нагрузки 9 (фиг. 15) реализуется в виде (L= 4)-лучевой звезды с общей точкой. Между первыми знаконесущими концами входных активных сопротивлений R1, R2, R3, R4, являющихся лучами звезды, последовательно включены симметричные входы L = 4 входных одинаковых дифференциальных усилителей У1, У2, У3, У4. Первые знаконесущие концы активных сопротивлений соединены со входными знаконесущими проводами, являющимися входами блока балансной нагрузки и подключенными к L = 4 проводам линии связи, а вторые концы упомянутых сопротивлений объединены в общую точку.
Следует заметить, что в блок балансной нагрузки 9, не содержащего общей точки (фиг.2, фиг. 14), может быть искусственно введена эта общая точка. Для этого каждое из дополнительных активных сопротивлений Rд1 и Rд2, включенных в диагонали моста, делят пополам и получают Rд11/2, Rд12/2, Rд21/2, Rд22/2. Далее к точке соединения Rд11/2 и Rд12/2 подключают центральное сопротивление Rц1, а к точке соединения Rд21/2, и Rд22/2 подключают центральное сопротивление Rц2.
Вторые концы Rц1 и Rц2 соединяют и получают таким образом искусственную общую точку. Для исключения влияния Rц1 и Rц2 на балансировку (L = 4)-стороннего моста их величины должны быть одинаковыми и в 3 раза превосходить Rд10 или Rд2.
Устройство работает следующим образом (для случая К = 6, м = 3, L = 4). Двухуровневые цифровые сигналы, имеющие кратные длительности символов, от К = 6 источников блока источников 5 передающей части 2 группы передачи 1 (фиг. 8) подаются на 6 двухпроводных входов блока синхронизации 6. В данном блоке (фиг.9), представляющим собой параллельный регистр 12 и устройство хронирования (УХ) 13, 2-х уровневые сигналы от 6 источников блока источников 5, имеющие кратные длительности символов и постоянные фазовые сдвиги относительно друг друга, прикладываются к D-входам шести D-триггеров параллельного регистра 12. Тактовые импульсы, выделенные с помощью УХ 13 из цифрового сигнала одного из источников, имеющего минимальную длительность символов, поступают на C-входы шести D-триггеров регистра 12. Под действием этих импульсов 2-х уровневые сигналы от разных источников одновременно записываются в регистр 12 и появляются на его выходе строго сфазированными, т.е. в виде шестиразрядных параллельных кодовых комбинаций.
Кодовые комбинации с выхода блока синхронизации 6 подаются на вход блока кодопреобразования 7. В этом блоке осуществляется формирование передающего комбинационного сигнала. Данный блок 7 содержит дешифратор 14 и шифратор 15 (фиг. 10). Дешифратор 14, в свою очередь, состоит из 6 инверторов и 64 схем И. Уровень 1 на выходе первой схемы И (И1) дешифратора 14 появляется только при наличие на входе дешифратора (входе кодопреобразователя 7) кодовой комбинации 000000. Уровень 1 на выходе И2 дешифратора появляется только при наличие на его входе кодовой комбинации 000001 и т.д. И наконец, уровень 1 на выходе И64 дешифратора появляется только при наличие на его входе кодовой комбинации 111111.
Шестьдесят четыре выхода дешифратора 14 соединены со входами шифратора 15 (фиг. 10), который содержит 8 схем ИЛИ и 4 дифференциальных усилителя с низкоомными выходами. Поскольку кодовой комбинации 000000 на входе кодопреобразователя 7, согласно табл.2 соответствует кодовая комбинация 0000 на его выходе, то сигнал с уровнем 1 с первого выхода дешифратора 14 в шифраторе 15 не используется. При появлении на 2 выходе дешифратора 14 сигнала с уровнем 1, соответствующего кодовой комбинации 000001 на его входе, данный сигнал, согласно табл.2, в схеме шифратора 15 прикладывается ко входам ИЛИ2, ИЛИ4, ИЛИ6, ИЛИ7. Поскольку выходы ИЛИ2, ИЛИ4, ИЛИ6 соединены с инверсными входами дифференциальных усилителей У1, У2, У3, а выход ИЛИ7 подключен к прямому входу У4, то на выходе шифратора 15 (выходе кодопреобразователя 7) будет иметь место кодовая комбинация-1-1-11. При появлении на З-ем выходе дешифратора 14 сигнала с уровнем 1, соответствующего кодовой комбинации 000010 на его входе, этот сигнал прикладывается ко входам ИЛИ2 ИЛИ4, ИЛИ5 ИЛИ8 в схеме шифратора 15. Вследствие этого на выходе кодопреобразователя 7 появляется кодовая комбинация -1-11-1. Аналогичным образом, согласно табл.3, осуществляется кодопреобразование и всех остальных кодовых комбинаций, включая последнюю, когда под действием сигнала с уровнем 1 на 64 выходе дешифратора 14 шифратор 15 формирует на своем выходе кодовую комбинацию -1110.
Трехуровневые 4-х разрядные кодовые комбинации с выхода кодопреобразователя 7 (фиг.8) подаются далее на вход блока балансного согласования 8. Данный блок (фиг. 1) служит для балансного согласования четырех 2-х проводных выходов блока кодопреобразования 7 с четырьмя проводами линии связи 3. При помощи этого блока осуществляется пространственно-комбинационное уплотнение с преобразованием передающего комбинационного сигнала в пространственно-комбинационный линейный сигнал на основе преобразования двухпроводной пространственно раздельной передачи каждого разряда параллельных кодовых комбинаций в балансную L-проводную пространственно совместную передачу разрядов кодовых комбинаций сигнала, когда провода линии связи 3 (в виде обратного провода) могут совместно использоваться всеми 4 разрядами параллельных кодовых комбинаций. Блок балансного согласования 8 содержит общую точку, которая может быть использована для формирования "фантомных цепей".
Цифровые сигналы с выхода блока балансного согласования 8, проходят через 4-х проводную симметричную линию 3 и поступают в приемную часть 4 группы передачи 1 (фиг.8), а именно на вход блока балансной на грузки 9 без общей точки. Блок 9 представляет собой L = 4 сторонний балансный мост, собранный на активных сопротивлениях и трансформаторах (фиг.2). Данный блок 9 служит для пространственно-комбинационного разделения с преобразованием пространственно-комбинационного линейного сигнала в приемный комбинационный сигнал путем вторичного кодопреобразования входного сигнала в P-уровневый при сохранении L-разрядности параллельных кодовых комбинаций и выполнении условия P = 2М - 1 на основе обратного преобразования балансной L-проводной пространственно совместной передачи разрядов кодовых комбинаций сигнала в пространственно раздельную двухпроводную передачу каждого разряда параллельных кодовых комбинаций. Кроме того, блок 9 служит для согласования волнового сопротивления линии связи с сопротивлениями нагрузки. Механизм повторного кодопреобразования был рассмотрен ранее. Переход от балансного (L=4)- проводного совместного режима передачи разрядов кодовых комбинаций к 2L-проводному раздельному режиму передачи каждого разряда осуществляется при помощи трансформаторов Tp1, Tp2, Tp3, Tp4, первичные обмотки которых соединены последовательно, а вторичные обмотки не связаны между собой, т.е. имеют двухпроводные выходы. Сбалансированность моста в блоке 9 позволяет избежать флуктуаций амплитуд выходных сигналов с уровнями +2, -2, +1,-1, 0, получающихся при суммировании и вычитании в плечах моста сигналов в виде различных кодовых комбинаций, приходящих из проводов линии связи 3. Данное обстоятельство существенно повышает помехоустойчивость передачи цифровых сигналов.
Пятиуровневые четырехразрядные кодовые комбинации с выхода блока балансной нагрузки 9 (фиг.8) подаются далее на L = 4 входа блока обратного кодопреобразования 10. В данном блоке приемный комбинационный сигнал преобразуют в К = 6 индивидуальных двухуровневых сигналов. Внутри блока 10 данные сигналы поступают на входы схемы регенераторов 16 (фиг.11), состоящей из 4-х одинаковых регенераторов с общим для всех их устройством хронирования, находящегося только в одном из регенераторов. В схеме 16 осуществляется восстановление прямоугольной формы и длительностей символов в кодовых комбинациях. В каждом из четырех регенераторов (фиг. 12) входные пятиуровневые цифровые сигналы, ослабленные и искаженные после прохождения линии связи 3, поступают на вход корректирующего усилителя (КУ), который осуществляет коррекцию спектрального состава данных цифровых сигналов, что выражается в коррекции формы импульсов. Скорректированный 5-ти уровневый двухполярный цифровой сигнал далее разделяется в устройстве разделения (УР) на униполярные двухуровневые последовательности положительных и инвертированных отрицательных информационных импульсов. Последовательность 2-х уровневых положительных информационных импульсов с 1 выхода УР подается на первые входы первого и второго решающих устройств (РУ1, РУ2), а последовательность 2-х уровневых инвертированных информационных импульсов со 2 выхода РУ подается на первые входы третьего и четвертого решающих устройств (РУ3, РУ4). Данные сигналы сравниваются в решающих устройствах с постоянными пороговыми напряжениями. Пороговое напряжение в РУ2, РУ3 составляет 0,5 U1пр, где U1пр- амплитуда импульса, соответствующая уровню 1. Пороговое напряжение в РУ1, РУ4 составляет 1,5 U2пр>, где U2пр- амплитуда импульса, соответствующая уровню 2.
С первого и второго выходов УР импульсный сигнал подается в одном из регенераторов также на 1 и 2 входы устройства хронирования (УХ). В данном устройстве формируются хронирующие (тактовые) импульсы, которые на 1 и 2 выходах УХ отличаются только постоянным фазовым сдвигом, позволяющим формировать в РУ короткие стробирующие импульсы. Хронирующие импульсы подаются на второй и третий входы РУ1 РУ2, РУ3, РУ4 любого из регенераторов.
При появлении на 1-м выходе УР информационного импульса, соответствующего уровню 1, он поступает на первые входы РУ1 и РУ2 и далее сравнивается с пороговыми напряжениями. Превышение порога имеет место только в РУ2. Это превышение фиксируется с помощью стробирующего импульса, образованного из 2-х сдвинутых по фазе хронирующих импульсов. Следует заметить, что для попадания стробирующего импульса точно по середине информационного импульса в КУ может осуществляться регулировка задержки информационных импульсов.
Зафиксировавший превышение порога стробирующий импульс далее запускает схему формирования восстановленных импульсов, входящую в состав РУ. Таким образом, на выходе РУ2 появляется восстановленный прямоугольный импульс с уровнем 1, который подается на информационный вход первой схемы запрета (C31) и проходит через нее на 3 выход регенератора, т.к. на запрещающем входе C31 в это время имеет место уровень 0 с выхода РУ1.
При появлении на 1 выходе УР информационного импульса, соответствующего уровню 2, он так же, как в предыдущем случае поступает на первые входы РУ1 и РУ2 и далее сравнивается с пороговыми напряжениями. Превышение порога имеет место в РУ1 и РУ2. Данное превышение порога в обоих РУ фиксируется стробирующим импульсом. Вследствие этого на выходах РУ1 и РУ2 появляются восстановленные импульсы с уровнями 1. Импульс с выхода РУ1 подается на 1 выход регенератора, а также прикладывается к запрещающему входу C31. В этом случае импульс с выхода РУ2 не проходит через C31 и не появляется на 3 выходе регенератора.
Аналогичным образом в РУ3, РУ4 восстанавливаются и инвертированные отрицательные импульсы, поступающие со 2 выхода УР.
Восстановленные в каждом из 4-х регенераторов схемы регенераторов 16 (фиг. 11) цифровые сигналы в виде 16-ти разрядных 2-х уровневых параллельных кодовых комбинаций (табл. 4), соответствующих 4-х разрядным 5-ти уровневым кодовым комбинациям на входах схемы регенераторов 16, далее поступают на 16 входов схемы кодопреобразования 17. Данная схема 17 содержит дешифратор 18 и шифратор 19 (фиг. 13).
Дешифратор 18, в свою очередь, состоит из 4-х схем ИЛИ-НЕ и 64 схем И. Уровень 1 на выходе первой схемы И (И1) дешифратора 18 появляется только при наличие на входе дешифратора 18 кодовой комбинации 0000000000000000. Уровень 1 на выходе И2 дешифратора 18 появляется только при наличие на его входе кодовой комбинации 0100100000000000 и т.д. И наконец, уровень 1 на выходе И64 дешифратора появляется только при наличие на его входе кодовой комбинации 0001000100001000 (табл.4).
Шестьдесят четыре выхода дешифратора 18 соединены со входами шифратора 19 (фиг. 13), который содержит 6 схем ИЛИ. Поскольку кодовой комбинации 0000000000000000 на входе шифратора 19, согласно табл.4 соответствует кодовая комбинация 000000 на его выходе, то сигнал с уровнем 1 с первого выхода дешифратора 18 в шифраторе 19 не используется. При появлении на 2 выходе дешифратора 18 сигнала с уровнем 1, соответствующего кодовой комбинации 0100100000000000 на его входе, данный сигнал, согласно табл.4, в схеме шифратора 19 прикладывается ко входу ИЛИ6, в то время как к остальным входам ИЛИ6 и ко всем входам ИЛИ1 ИЛИ2, ИЛИ3, ИЛИ4, ИЛИ6 прикладываются сигналы с уровнем 0. Вследствие чего на выходе шифратора {выходе блока обратного кодопреобразования) появляется кодовая комбинация 000001. При появлении на 3 выходе дешифратора 18 сигнала с уровнем 1, соответствующего кодовой комбинации 0000010010000000 на его входе, данный сигнал в схеме шифратора 19 прикладывается только к одному из входов ИЛИ5, вследствие чего на выходе шифратора появляется кодовая комбинация 000010. Работа шифратора 19 при появлении на его входах сигналов с других выходов дешифратора 18 происходит аналогичным образом и соответствует табл.4. Так при появлении на 63 выходе дешифратора 18 сигнала с уровнем 1 данный сигнал в шифраторе 19 поступает только на один из входов ИЛИ1, ИЛИ2, ИЛИ3, ИЛИ4, ИЛИ5, в то время как на остальные входы данных элементов ИЛИ, а также на все входы ИЛИ6 подаются уровни 0. Вследствие этого на выходе шифратора 19 имеет место кодовая комбинация 111110. И, наконец, при появлении на 64 выходе дешифратора 18 сигнала с уровнем 1 этот сигнал в шифраторе 19 прикладывается к одному из входов ИЛИ1 ИЛИ2, ИЛИ3, ИЛИ4 ИЛИ5, ИЛИ6, что выражается в появлении на выходе шифратора 19 кодовой комбинации 111111.
Цифровой сигнал в виде шестиразрядных двухуровневых параллельных кодовых комбинаций с выходов блока обратного кодопреобразования 10 (фиг.8) подается по 6-ти двухпроводным соединениям на входы блока приемников цифровых сигналов 11, где каждый из 6-ти разрядов кодовых комбинаций подается на свой приемник.
Работа другого варианта устройства, отличающегося тем, что блок балансной нагрузки 9 выполняется в виде балансной L = 4 лучевой звезды с общей точкой (фиг. 3), происходит точно таким же образом, как в ранее описанном устройстве (фиг.8).
Работа еще одного варианта устройства, отличающегося тем (фиг. 14), что блок балансного согласования 8 выполняется в виде набора из L = 4 дифференциальных усилителей с симметричными 2-х проводными низкоомными выходами, а блок балансной нагрузки 9 выполняется в виде уравновешенного L = 4 стороннего моста без общей точки, в котором вместо трансформаторов использованы дифференциальные усилители с симметричными входами, происходит аналогично тому, что было описано ранее.
Работа устройства, отличительной особенностью которого является блок балансной нагрузки 9 (фиг. 15), реализованный в виде (L = 4)-лучевой звезды с общей точкой, в котором между лучами звезды включены симметричные входы дифференциальных усилителей происходит точно таким же образом, как было описано ранее.
Следует заметить, что при использовании в передающей части 2 группы 1 источников двухуровневых сигналов, импульсные последовательности в которых имеют небольшое число переходов в единицу времени из 0 в 1 и из 1 в 0, это может несколько затруднить работу схемы регенераторов 16 в блоке обратного кодопреобразования 10 приемной части 4. Для облегчения работы схемы регенераторов 16 при наличии упомянутых импульсных последовательностей в передающей части 2 в блок синхронизации 6 (на входе) можно дополнительно ввести К = 6 скремблеров или К = 6 устройств вставки битов в длинных паузах и вставки нулей в длинных импульсах, а в блок обратного кодопреобразования 10 (на выходе) ввести К = 6 дескремблеров или К = 6 устройств удаления вставок.
Способ и устройство позволяют работать также с источниками двухуровневых сигналов входящих в блок источников 5, длительности символов в которых не являются абсолютно кратными. В этом случае в блок синхронизации 6 добавляют схемы введения дополнительных символов выравнивания (стаффинга), длительность которых должна быть равна длительности символов одного из источников, имеющего минимальную длительность данных символов, а в блок обратного кодопреобразования 10 в приемной части 4 добавляют схемы устранения символов выравнивания.
Предложенные способы решают поставленные задачи и позволяют:
Уменьшить число проводов в многопроводной линии связи при одновременном увеличении числа источников цифровых сигналов, подключаемых к ним. Например, для передачи цифровых сигналов от К = 6 источников, при М = 3 требуется только L = 4 физических провода (или две 2-х проводные линии), в то время как в прототипе для этого требуется 7 проводов, а при наиболее употребляемом раздельном использовании проводов каждым из 6 источников потребовалось бы уже 12 проводов (шесть 2-х проводных линий).
Если же исходить из наличного числа проводов в линии, например L = 7 и М = 3, то по этим 7 проводам могут быть переданы цифровые сигналы от 11 источников, в то время как в прототипе по такому же количеству проводов могут быть переданы сигналы только от 6 источников, а при раздельном использовании этого количества проводов могут быть преданы сигналы всего лишь от 3 источников.
Осуществлять дополнительное балансно-пространственное уплотнение на основе "фантомных цепей" в применении к многопроводным линиям связи. Это дает возможность существенно увеличить количество дополнительных источников, цифровые сигналы от которых могут передаваться по линии в которой не увеличено число проводов. Так, например, при наличие 16 проводов в линии связи и раздельного использования данных проводов (в виде 8 двухпроводных линий), по ним может передаваться информация от 8 источников 2-х уровневых сигналов. Совместное же использовании этого количества проводов, например четырьмя группами передачи с БПКУ и одной аналогичной группой, и подключаемой "фантомно" (при L = 4, М = 3 в каждой группе) позволяет передавать информацию от 30 источников двухуровневых сигналов. Кроме того, использование "фантомных цепей" в применении к многопроводным симметричным линиям позволяет подключать к ним источники с любым типом сигналов.
Обеспечить высокую помехоустойчивость передачи информации вследствие сбалансированности выхода передающей части группы передачи, линии связи и входа приемной части группы передачи и отсутствия вследствие этого переходных помех.
Предлагаемые способы и устройства могут найти применение в проводных многоканальных цифровых системах передачи на местных и магистральных линиях связи. Их использование позволяет уменьшить число проводов в линиях связи при имеющемся количестве источников и приемников цифровых сигналов (систем передачи), а освободившиеся провода использовать, например, для передачи информации в обратном направлении, а также для подключения к ним дополнительных источников и приемников сигналов. Или наоборот, при имеющемся числе проводов в линии можно существенно (в 2 - 4 раза) увеличить количество источников и приемников цифровых сигналов.
Экономический эффект от использования предлагаемого изобретения предполагается получить за счет увеличения количества каналов и за счет уменьшения стоимости линейных сооружений, составляющих наибольшую величину в капитальных затратах при построении и эксплуатации систем связи.
Источники информации
1. Добровольский Г.В. Системы дальней связи. - М.: Академия наук СССР, 1955, с.69, рис.50.
2. Емельянов Г.Д., Шварцман В.О. Передача дискретной информации и основы телеграфии.- М.: Связь, 1973, с.13, рис. 1.3.
З. Аппаратура ИКМ-ЗО./ Под ред. Ю.П.Иванова и Л.С.Левина.- М.: Радио и связь, 1983, с.96, рис.4.14.
Формула изобретения: 1. Способ балансного пространственно-комбинационного уплотнения при передаче цифровых сигналов по многопроводным линиям связи, включающий в себя в передающей части группы передачи формирование K двухуровневых индивидуальных цифровых сигналов с равными амплитудами и передачу по многопроводной линии связи, а в приемной части группы передачи - восстановление индивидуальных цифровых сигналов, отличающийся тем, что формируют сигналы группы передачи на основе преобразования индивидуальных цифровых сигналов от K источников в передающий комбинационный сигнал, для чего в передающей части группы передачи индивидуальные цифровые сигналы от K источников с длительностями символов, кратными минимальной длительности символа одного из источников, синхронизируют по времени и каждую полученную K-разрядную параллельную кодовую комбинацию сигналов кодопреобразуют в L-разрядную параллельную кодовую комбинацию при одновременном увеличении числа уровней в сигнале до значения M, при этом длительность каждого символа в K-разрядной параллельной кодовой комбинации задают равной минимальной длительности символа одного из K источников и обеспечивают выполнение следующих условий K ≥ 4, M ≥ 3, L ≥ 3, K > L, ML - (M - 1)L - 2K = +Amin, затем осуществляют пространственно-комбинационное уплотнение с преобразованием передающего комбинационного сигнала в пространственно-комбинационный линейный сигнал на основе преобразования двухпроводной пространственно-раздельной передачи каждого разряда параллельных кодовых комбинаций в балансную L-проводную пространвенно совместную передачу разрядов кодовых комбинаций сигнала, для чего первые провода L двухпроводных симметричных окончаний на выходе передающей части группы объединяют, формируя общую точку, а вторые знаконесущие провода окончаний соединяют с L одинаковыми проводами симметричной линии связи, а на выходе лини связи в приемной части группы передачи осуществляют пространственно-комбинационное разделение с преобразованием пространственно-комбинационного линейного сигнала в приемный комбинационный сигнал путем вторичного кодопреобразования входного сигнала в P-уровневый при сохранении L-разрядности параллельных кодовых комбинаций и выполнении условия P = 2M - 1, на основе обратного преобразования балансной L-проводной пространственно совместной передачи разрядов кодовых комбинаций сигнала в пространственно раздельную двухпроводную передачу каждого разряда параллельных кодовых комбинаций, для чего провода линии связи соединяют с помощью входных знаконесущих проводов приемной части с балансной с общей или без общей точки нагрузкой, имеющей L двухпроводных выходов, а затем приемный комбинационный сигнал преобразуют в K индивидуальных цифровых сигналов, для чего осуществляют обратное кодопреобразование - уменьшают число уровней в сигналах до двух и восстанавливают разрядность параллельных кодовых комбинаций до K, при этом L-проводную линию связи согласовывают с нагрузками, максимальное значение P ограничивают физическими и помеховыми свойствами многопроводной линии, а также нестабильностью пороговых уровней при обратном кодопреобразовании цифровых сигналов на приеме.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют дополнительное балансное пространственное уплотнение на основе пространственно совместной передачи цифровых сигналов от N независимых одинаковых групп передачи с балансным пространственно-комбинационным уплотнением с числом проводов L в линии связи каждой группы и сигналов от дополнительной аналогичной группы передачи с числом проводов L' = N, для чего цифровые сигналы дополнительной группы передачи на выходе передающей части подают с помощью L' знаконесущих проводов в N общих точек N групп передачи на входах линий связи, а на выходах линий связи осуществляют балансное пространственное разделение, для чего дополнительные цифровые сигналы снимают с N общих точек на входах приемных частей групп передачи с балансным пространственно-комбинационным уплотнением.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что осуществляют дополнительное балансное пространственное уплотнение на онсове пространственно совместной передачи цифровых сигналов от N = 2 независимых одинаковых групп передачи с балансным пространственно-комбинационным уплотнением с числом проводов L в линии связи каждой группы и сигнала произвольной формы от дополнительного источника с симметричным выходом, для чего сигнал дополнительного источника подают в общие точки передающих частей N = 2 групп передачи на входах линий связи, а на выходах линий связи осуществляют балансное пространственное разделение, для чего дополнительный сигнал для приемника с симметричным входом снимают с общих точек на входах приемных частей N = 2 групп передачи с балансным пространственно-комбинационным уплотнением.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют дополнительное балансное пространственное уплотнение на основе пространственно совместной передачи цифровых сигналов группы передачи с балансным пространственно-комбинационным уплотнением и сигналов произвольной формы от L дополнительных источников, для чего цифровые сигналы группы передачи подают с помощью L знаконесущих проводов передающей части в средние точки выходных обмоток L одинаковых входных трансформаторов, концы выходных обмоток которых соединяют с проводами одинаковых двухпроводных параллельных симметричных линий связи, при этом на входные обмотки упомянутых трансформаторов подают сигналы от L дополнительных источников, а на выходе линии связи осуществляют пространственное разделение, для чего цифровые сигналы группы передачи с балансным пространственно-комбинационным уплотнением снимают с помощью L знаконесущих проводов приемной части со средних точек входных обмоток L одинаковых выходных трансформаторов, концы входных обмоток которых соединяют с проводами линий связи, при этом с выходных обмоток этих трансформаторов снимают сигналы для L дополнительных приемников.
5. Устройство балансного пространственно-комбинационного уплотнения при передаче цифровых сигналов по многопроводным линиям связи, выполненное в виде группы передачи, содержащей передающую часть, состоящую из блока K источников двухуровневых индивидуальных цифровых сигналов, многопроводную линию связи и приемную часть, состоящую из блока K приемников индивидуальных цифровых сигналов, отличающееся тем, что в передающую часть введены дополнительные блоки - блок синхронизации цифровых сигналов по времени, блок кодопреобразования K-разрядных параллельных кодовых комбинаций в L-разрядные кодовые комбинации с изменением числа уровней в сигнале с двух до M и блок балансного согласования, при этом связь упомянутых блоков с блоком K источников - последовательная и двухпроводная, причем блок балансного согласования содержит L выходных трансформаторов, концы первичных обмоток которых являются входами блока, а вторичные обмотки упомянутых трансформаторов соединены в виде балансной L-лучевой звезды так, что первые выходные концы этих обмоток объединены в общую точку, а вторые знаконесущие концы обмоток являются выходами блока балансного согласования и соединены с L одинаковыми проводами симметричной линии связи, а в приемную часть на выходе линии связи дополнительно введены - блок балансной нагрузки, который выполнен в виде замкнутого балансного L-стороннего моста без общей точки, каждая из одинаковых последовательно соединенных сторон которого представляет собой параллельное соединение входного активного сопротивления и первичной обмотки входного трансформатора, а к L узлам соединения сторон моста подключены входные знаконесущие провода, которые являются входами блока балансной нагрузки и соединены с L проводами линии связи, причем при L > 3 в балансный L-сторонний мост введены n дополнительных одинаковых активных сопротивлений, при этом дополнительные сопротивления включены в L-сторонний мост так, что каждый узел соединения в этом мосту соединен со всеми остальными узлами моста, кроме двух близлежащих узлов, а число n задано суммой ряда 0 + 2 + 3 + 4 + . . . , в котором число членов ряда определено разностью (L - 2), концы вторичных обмоток входных трансформаторов балансного моста являются выходами блока балансной нагрузки, блок обратного кодопреобразования L-разрядных кодовых комбинаций в K-разрядные кодовые комбинации с изменением числа уровней в сигнале с M до двух, причем блок балансной нагрузки, блок обратного кодопреобразования соединены с блоком приемников последовательно двухпроводной связью.
6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что блок балансной нагрузки выполнен в виде L-лучевой звезды, лучами которой являются одинаковые входные активные сопротивления, первые знаконесущие концы которых соединены со входными знаконесущими проводами, являющимися входами блока балансной нагрузки и подключенными к L проводам линии связи, а вторые концы упомянутых сопротивлений объединены в общую точку, при этом между знаконесущими концами активных сопротивлений последовательно включены первичные обмотки L одинаковых входных трансформаторов, концы вторичных обмоток которых являются выходами блока балансной нагрузки и соединены со входами блока обратного кодопреобразования.
7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что блок балансного согласования выполнен в виде L одинаковых выходных дифференциальных усилителей с двухпроводными симметричными низкоомными выходами, причем входные концы дифференциальных усилителей являются входами блока балансной нагрузки, а выходы усилителей соединены в виде L-лучевой звезды так, что первые выходные концы усилителей объединены в общую точку, а вторые знаконесущие концы являются выходами блока балансного согласования и соединены с линией связи, а на выходе линии блок балансной нагрузки выполнен в виде балансного L-стороннего моста, каждая из одинаковых последовательно соединенных сторон которого представляет собой параллельное соединение входного активного сопротивления и симметричного входа входного дифференциального усилителя, а выходные концы дифференциальных усилителей являются выходами блока балансной нагрузки.
8. Устройство по пп.6 и 7, отличающееся тем, что блок балансной нагрузки выполнен в виде L-лучевой звезды, при этом между знаконесущими концами активных сопротивлений последовательно включены симметричные входы L входных одинаковых дифференциальных усилителей, выходы которых являются выходами блока балансной нагрузки.