CN1372390A - 用于时隙编码数据传输的通信系统、方法和信号 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有用于借助于时隙编码经由传输媒质发射数据流的装置的通信系统。一种同步码形提供用于插入数据流,并且以这样一种方式选择该同步码形:使该同步码形与时隙编码的所有有效数据信号相差一个规定的海明距离,且与数据信号的相应时隙无关,并且使它与同步码形的时移版本相差一个规定的海明距离。

Description

用于时隙编码数据传输 的通信系统、方法和信号

技术领域

本发明涉及一种用于时隙编码数据传输的通信系统、方法和信号。

背景技术

在一个时隙编码传输系统中，依靠在一个时帧中的一个或更多脉冲的暂时位置执行编码。经常被用于时隙编码传输的一种调制方法是PPM(脉冲位置调制)方法，它即适用于接线范围，又适用于无线通信系统。在一个PPM码元中，1dL比特通过one脉冲的位置编码。每一个码元细分成L个时隙，它也被称作码片(chip)。经由一个分配表，被发射的信息确定码片(chip)的位置，它具有一个“1”，也就是说一个脉冲。PPM传输的优点例如在于功率效率和耐高通滤波。一个例子是IrDa(红外数据结合)的4-PPM模式接口。实施中的一个实质问题是在接收端PPM码元的同步。

假如PPM码元在接收端是同步的，仅仅解码发射信息是可能的，也就是说它们的相角是已知的。假如在时分复用(TDM)模式下有同时操作，则TDM帧必须被附加同步。

发明内容

本发明的一个目的是建立一种通信系统，它允许时隙编码数据信号更好的同步，该目的进一步在于确定一种相关方法和一种适当的信号。

关于该通信系统，本发明的上述目的是由一种具有用于借助于时隙编码通过传输媒质发射数据流的装置的通信系统完成的，其中一种同步码形被提供用于插入数据流，选择该同步码形，使它与所有时隙编码的有效数据信号相差一个规定的海明距离，且与数据信号相应的时隙无关，并且使它与同步码形的所有时移版本相差一个规定的海明距离。

在这种通信系统中，同步码形具有一种相对于所有时隙编码的有效数据信号特殊的、指定的海明距离，并与它们的相角无关。一种有效的数据信号被认为是一种按照相应的时隙编码的相应编码规则形成的一种信号。在一种4-PPM系统中，一种4-PPM符号例如在每一种情形中都包括4个时隙，也被称作码片。编码规则用于4-PPM情形，即在一个PPM码元的时间帧中，它仅是在每一种情形中具有值“1”的一个码片，也就是说在一个PPM码元的时间帧中，在每一种情况下可能仅出现一个脉冲。此外，同步码形具有一个相对于被发射同步码形的所有相移版本的特殊的、规定的海明距离，该被发射同步码形的所有时移版本由有效时隙编码码元邻接。

因此，在任何需要时间及时的插入用于同步码形是可能的，而不仅仅是在数据传输开始的一个训练序列中。在ATM(异步传输模式)数据传输的情况下，例如，在每一个ATM信元之前发送同步码形是可能的，。因此即使在一个同步失败之后，也可以保证下一个ATM信元的正确接收。

如权利要求2要求的那样，在通信系统的有利的实施例中，按要求选择的传输误差的容差可以实现，因此即使给定差的信道，也可以实现一个可靠的同步。一方面，由于在时隙编码的每一个可能有效地数据序列和同步码形之间有一个足够的海明距离，因此一旦接收一个扰乱的同步码形，就可以校正码片误差。另一方面，通过错误接收的一个同步码形的可能性可以保持得很低。

如权利要求3要求的那样，在本发明的有利实施例中，当接收的数据流和同步码形之间的差异的一个特定阈值没有达到或刚刚达到时，执行一个新同步。例如，假如阈值是C，那末能够校正同步码形传输期间出现的C误差。该同步码形与时隙编码的每一种可能的数据序列相差特定数目的位置，且与其码片的延迟无关，以便在正常的时隙编码数据传输期间不会因为传输误差而使假同步通过同步码形的随机模仿而发生。该数目位置表示海明距离。假如该数目的大小是D，因此传输误差必定在用于被模仿的同步码形的同步码形长度(D-C)范围内发生。为了保证相对于正确的码片时钟的发射同步码形的识别，同步码形与同步码形的时移版本和具有任意邻接时隙编码数据的同步码形的时移版本相差一个不需要的、但必须相当于明距离D的特定海明距离E。

因此，假如一个接收的码片序列与同步码形仅相差特定数目的可以依据需要和可能的费用选择的码片，则将它分配给这个同步码形以产生一个同步脉冲。

在如权利要求4所要求的本发明的优选实施例中，通信系统是一种TDMA(时分多址)系统。在该系统中，同步码形可以用来同时执行TDMA时间帧的帧同步和时隙同步码元例如PPM码元的码元同步。

在如权利要求5所要求的本发明的优选实施例中，接收码片序列与所存储的同步码形的比较借助N-相移寄存器执行，例如借助于同门，该寄存器的N个平行输出与存储的同步码形成对地比较。使用在同步检测器的费用可以保持得很低，特别是由于这样的事实，具有超前”0”脉冲的(非一致)的同门输出的附加值仅产生C+2模。

检测器产生一个准确的同步脉冲，只要它内部存储的长度N的码形相当于大量的容许位数或误差的最后N位接收的码片。在这种情况下，存储在检测器中的同步码形相当于插入数据流并发射的同步码形，或者它构成发射同步码形的一部分。因此，为了维持信号平均值或满足字节定位，延伸发送的同步码形是可能的。接收端的存储的同步码形与所接收数据流的比较在每一个码片时钟脉冲完成。

权利要求6所要求保护的同步检测器可以特别容易的和高成本效益地实现。

权利要求7涉及一种按照本发明的时隙编码信号，权利要求8涉及一种相关传输方法。

附图简述

下面将结合图1—图8对本发明的一些图示说明的示范性实施例进行详细描述，其中：

图1示出了一种具有4个通信节点的通信系统，它连接有一个公共传输媒质，

图2示出了4-PPM(PPM＝脉冲位置调制)传输的原理，

图3示出了具有分配有效数据信号的海明距离3的传输同步码形Tx和一个接收同步码形Rx的例子，

图4示出了一种用于具有接收同步码形Rx的接收码片序列连续比较的同步检测器，

图5示出了用于4-PPM和海明距离3的传输同步码形Tx和接收同步码形Rx，

图6示出了用于4-PPM和海明距离4的传输同步码形Tx和接收同步码形Rx，

图7示出了用于4-PPM和海明距离5的传输同步码形Tx和接收同步码形Rx，和

图8示出了用于4-PPM和海明距离6的传输同步码形Tx和接收同步码形Rx，

发明的具体实施方式

图1示出了一种具有4个通信节点0、1、2、3的通信系统。4个通信节点0到3每一个都连接到一个公共传输媒质5。公共传输媒质5最好是适合于光数据传输的媒质，例如一个光学总线系统或一个借助于红外线用于无线信息传输的信道。在一个时分多址方法中，公共传输媒质最好由4个通信节点使用。时隙编码远程通信被提供用于经由公共传输媒质5发射数据。在时隙编码传输系统中，编码借助于在一个时间帧中的一个或更多脉冲的临时位置执行。用于时隙编码数据传输的更常使用的调制方法是PPM(脉冲位置调制)方法，它既适合于有线又适合于无线通信系统。

图2示出了4-PPM(PPM＝脉冲位置调制)传输的原理。例如这样一种传输用于IrDa(红外数据结合)接口。在4-PPM码元之内，在一个脉冲位置编码2比特。每一个4-PPM码元再分成4个时隙，它们也被称作码片。被发射的信息经由分配表确定具有一个脉冲，也就是信息“1”的码片位置，。码片的持续时间在图2中通过Tc指定，同时，具有4码片的码元的持续时间通过Ts指定。图2示出了在每种情况下具有持续时间Ts的4 PPM码元，在第一码元中的第一码片具有值“1”，同时，在第二码元中它(具有值1的码片)是第二码片，在第三码元中它是第三码片，在第四码元中它是第4码片。在每种情况下，这都通过加外框的和阴影线的矩形表示。

假如4-PPM码元可以在接收端同步(也就是说它们的相角是公知的)，则仅仅可以编码发射的信息。为了能够在接收端完成同步，则在发射端的数据流中插入一个同步码形。现在，为了在接收端提供同步，则执行关于同步码形的数据流的连续校验。

图3示出了一个传输同步码形Tx和一个接收同步码形Rx的例子。在时间轴10上，传输同步码形Tx和接收同步码形Rx被标绘成时间的函数，传输同步码形的长度由Tx表示，而接收同步码形由Rx表示。必须记住在接收端的接收同步码形Rx仅仅构成发射端的传输同步码形Tx的局部，传输同步码形Tx的剩余码片可用来保证特殊特征，例如传输信号的平均值，或者仅对应于传输的字节定位的其它要素。图3的接收同步码形Rx与每一个可能的4-PPM序列至少在3位置上不同，因此具有相对于时隙编码的所有有效数据信号的海明距离3，并与他们的相角无关。一个有效数据信号被认为是依照相应的时隙编码的相应的编码规则形成的信号。至于按照图2和图3的4-PPM系统，编码规则仅仅在于任何时候在一个4-PPM码元的时间帧内一个码片可以具有值“1”，也就是说，任何时候仅仅一个脉冲可以在一个4-PPM码元的时间帧内出现。此外，接收端的接收同步码形Rx具有相对于由有效的4-PPM码元邻接的传输同步码形Tx的所有时移版本的海明距离3。

相应的有效4-PPM数据序列描述在图3的时间轴10下面，在每种情况下选择数据序列，以便引起相当于接收同步码形Rx的最大可能数目。在时间轴11上描述的数据序列中，用于4-PPM码元的码元时钟是在传输同步码形Tx和接收同步码形Rx的时钟前面的一个码片(chip)。在时间轴12上描述的数据序列的码元时钟对应于传输同步码形Tx和接收同步码形Rx的时钟。

在时间轴13上描述的数据序列的码元时钟是在传输同步码形Tx和接收同步码形Rx的码元时钟之后的一个码片(chip)，并且在时间轴14上描述的数据序列的码元时钟是在传输同步码形Tx和接收同步码形Rx的时钟之后的两个码片(chip)。

尽管选择了相应的数据序列，使它尽可能与接收同步码形Rx的最大可能数目一样大，但在每种情况下，差异出现在3个位置上。接收同步码形Rx和4-PPM数据序列(例子)相异的这些位置用圆点做标记。

为了使同步阶段被正确的检测，只要具有邻接数据的移位传输同步码形Tx位于同步检测器的相移寄存器中，3位的海明距离就被保证。

通过这样一种码形在任何需要时间而不仅仅在数据传输开始的训练序列内发送同步码形是可能的。例如，在ATM(异步传输模式)数据传输的情况下在每一个ATM信元之前发送码形是可能的。因此即使在一个同步丢失之后，也可以确保正确接收下一个ATM信元。

图4示出了同步检测器，借助于该检测器完成了具有接收同步码形Rx的接收码片序列的连续比较。同步检测器具有为此目的的一个N位移位寄存器20。如通过箭头21描述的那样，移位寄存器20在输入一侧馈送接收到的码片序列的数据流。同步检测器具有一个字长N的一个静态的数据存储器22，其中存储有接收同步码形Rx。移位寄存器20和静态数据存储器21每一个都具有N位并行输出。数据存储器22和移位寄存器20的字长N与接收同步码形Rx的字长N一致。数据存储器22和移位寄存器20的N位输出成对的连接到同门23的输入。同门23的输出连接到阈值鉴别器24的输入。借助于同门23，存储在移位寄存器20中的数据信号与存储在数据存储器22中的接收同步码形Rx一比特一比特地比较。同门23的输出信号被加到阈值鉴别器24。当超出一个规定阈值时，阈值鉴别器就产生同步脉冲25。阈值通过大量的可校误差确定。图3的接收同步码形Rx与每一个可能有效的4-PPM序列在至少3个位置上不同，并因此具有涉及所有有效数据信号的海明距离。在这种码形的情况下，阈值可以被固定在例如1、2或3的值上，据此误差概率被要求用于非检测或接收同步码形Rx的模仿。

用于阈值鉴别器24的费用可以保持的很低，特别是依靠具有逻辑值“0”(非一致)的同门23的输出的附加值仅仅产生模C+2的事实。

图5到图8示出了例如用于4-PPM的传输同步码形Tx和接收同步码形Rx。

在这种情况下，图5中所示的码形用于海明距离3，图6中的用于海明距离4，图7中的用于海明距离5，和图8中的用于海明距离6。Tx和Rx码形总是成对的确定，首先描述Tx模式，然后是Rx模式。

选择上述码形应该考虑下面的标准。

首先考虑第一标准，即Tx码形具有与相关的PPM信号相同的平均值，也就是说(1/L)。尽管有可能通过OOK信号来取得在码形和甚至拥有短码形的信号之间的海明距离，但必须在码形之前和/或之后插入一个附加序列，在该附加序列范围内，接收机可以被设置以改变信号平均值。例如，在按IEEE820.11标准标准化的同步方法的情况下，这个单独的序列长32个码片。

考虑第二标准，Tx码形具有类似于一个L-PPM序列的高通特征。因此，在码形搜索期间，选择被限制在随后的码形，与PPM数据序列相比，其具有下述的特征：

有效PPM序列	码形
		Max.2》1《chips in L+1chips	Max.2》1《chips in L+1chips
Max.3》1《chips in 2L+1chips	Max.3》1《chips in 2L+1chips
		Max.4》1《chips in 3L+1chips	-
…	-
		Min.1》1《chipin 2L-1chips	Min.1》1《chip in 2L-1chips
Min.2》1《chips in 3L-1chips	Min.1》1《chip in 3L-1chips
		Min.3》1《chips in 4L-1chips	-
-	-

这个边界条件可以放松或调整用于其它应用。

最后，考虑第三标准，接收同步码形Rx具有涉及所有有效PPM数据序列的一个最小海明距离，并与相角(码片中)和涉及的传输同步码形Tx(通过有效的PPM符号邻接)的所有相移版本无关。因此在任何需要时间而不仅仅在一个训练序列内发送码形也是可能的。在IR系统的具体实例中，在每一个ATM信元之前发送码形。因此，即使在一个同步丢失之后，也可以保证下一个ATM信元的正确接收。

 借助于计算机程序执行搜索，并且将该搜索限制到长度是L＝4的倍数的传输同步码形Tx。满足上述条件的传输同步码形Tx的最小长度Ntx被给定用于每一个海明距离。因为码形的数量可以是非常大，所以仅仅指定那些接收同步码形Rx的长度Nrx是最小的码形。反映的变量也一直适用于规定的码形。因为Tx码片达到3字节，所以建立码形等于dh＝6的海明距离。

依靠通信系统的应用和要求，可以修改上述标准和/或设置其它的标准，因此，借助于计算机仿真可以建立可选择的码形。

在没有被检测的发射码形概率和在PPM数据序列(误报警)期间错误的产生的同步脉冲概率之间的同步误差概率必须加以区分。这两个概率分别通过pe，loss和pe，！alse表示。

假如Rx码形的长度是Nrx，同时鉴别器阈值容忍dc误差，则发送码形不使用下述概率检测： $P_{e,\mathrm{loss}}=1-(1-P_{e,\mathrm{chip}}{)}^{N_{\mathrm{rx}}}-\underset{i=1}{\overset{d_c}{\mathrm{\Σ}}}\left(\underset{i}{N_{\mathrm{rx}}}\right)p_{e,\mathrm{chip}}^i(1-P_{e,\mathrm{chip}}{)}^{N_{\mathrm{rx}}-1}-------\left(1\right)$ P_e，chip是码片的误差概率。此外与此相反，当至少d_h-d_c误差发生在至少d_h不同的码片位置内(d_h：海明距离)时，一个误报警发生了。对于每一个码片时钟脉冲，误报警的概率是： $P_{e,\mathrm{false}}\≤\underset{i=(d_h-d_{c}0)}{\overset{d_h}{\mathrm{\Σ}}}\left(\underset{i}{d_h}\right)P_{e,\mathrm{chip}}^i{(1-P_{e,\mathrm{chip}})}^{d_h-1}-------\left(2\right)$

然而，仅仅当一个只是在dh位置与Rx码形不同的PPM数据序列被发送时，同等的码元是有效的。这种结合的概率通过用于距离5和6的各种Rx码形的简单仿真来确定。在所有的情况下概率小于1/1000。相同可能的数据遵循这种事实，即为了一个粗略的估计，(2)乘以(J/1000)也是可能的。实质上，仅从一个规定的训练序列和载波检测之后的传输开始搜索码形是简单的，同时在成功的检测之后终止搜索。在这种情况下，为了没有虚假的检测，仅仅需要从训练序列而不是从每一种可能的PPM数据序列中辨别码形。

Claims (9)

1.一种具有用于借助于时隙编码经由传输媒质发射数据流的装置的通信系统，其中提供有一个插入数据流的同步码形，选择该同步码形，使它与时隙编码的所有有效数据信号相差一个规定的海明距离且与数据信号的相应时隙无关，并且使它与同步码形的时移版本相差一个规定的海明距离。

2.如权利要求1所述的通信系统，特征在于规定的海明距离大于或等于2。

3.如权利要求1所述的通信系统，特征在于同步检测器被提供用于接收数据流与同步码形的连续比较，并且其中同步检测器被提供来，当在接收数据流和同步码形之间的海明距离低于规定阈值时，产生一个同步脉冲。

4.如权利要求3所述的通信系统，特征在于通信系统是一种TDMA(时分多址)系统，其中同步检测器既用于时隙编码的码元同步，又用于TDMA时间帧的帧同步。

5.如权利要求3所述的通信系统，特征在于同步检测器具有一个并行输出移位寄存器，数据流被馈送到其输入测，还在于在同步检测器中存储有同步码形，以及同步检测器被提供用于将存储的同步码形与移位寄存器输出信号成对地进行比较。

6.一种用于在一个时隙编码信号的数据流内检测同步码形的同步检测器，该同步检测器具有一个并行输出移位寄存器，数据流被馈送到其输入侧，其中在同步检测器中存储有同步码形，同时同步检测器被提供用于将存储的同步码形与与移位寄存器输出信号成对地进行比较。

7.一种按规定时间间隔接收同步码形的时隙编码信号，选择该同步码形，使它与时隙编码的所有有效数据信号相差一个规定的海明距离，且与数据信号的相应时隙无关，并且使与它同步码形的时移版本相差一个规定的海明距离。

8.一种借助于时隙编码经由一种传输媒质发射数据流的方法，其中一种同步码形被提供用于插入数据流，选择该码形，使它与时隙编码的所有有效数据信号相差一个规定的海明距离，且与数据信号的相应时隙无关，并且使它与同步码形的时移版本相差一个规定的海明距离。

9.一种用于具有用于借助于时隙编码经由传输媒质发射数据流的装置的通信系统的终端，其中提供有一个插入数据流的同步码形，选择该同步码形，使它与时隙编码的所有有效数据信号相差一个规定的海明距离，且与数据信号的相应时隙无关，并且使它与同步码形的时移版本相差一个规定的海明距离。

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