專利名稱：帶同步時(shí)鐘的脈寬調(diào)制式光纖通信編碼/解碼方法及電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到光纖通信，特別是涉及到一種工業(yè)控制用光纖通信碼型方法及 編碼/解碼電路。
技術(shù)背景光纖數(shù)字通信具有容量大、損耗低、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，近年來得到了迅 速發(fā)展，廣泛應(yīng)用于電信、電力、鐵路、礦業(yè)等系統(tǒng)。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，信號(hào)可以采用不同的碼型進(jìn)行傳輸。而在光纖數(shù)字通信 系統(tǒng)中，由于光只能以通、斷這兩種方式代表二進(jìn)制信號(hào)，因此，眾多的雙極性 碼、多電平碼均不能適用。光纖數(shù)字通信使用的基本線路碼必須是單極性碼。來自數(shù)字信號(hào)源的信號(hào)通常是單極性非歸零碼(NRZ)，其特點(diǎn)是，用高電平 和低電平(通常是零電平)分別表示數(shù)據(jù)"1"、 "0"， 一個(gè)碼元周期內(nèi)其電平保 持不變。如附圖1中(a)所示。采用這種編碼格式傳輸?shù)男盘?hào)最易于處理。但 是，單極性非歸零碼的信號(hào)也存在一些缺點(diǎn)。例如，這種編碼中不含有時(shí)鐘信息， 不能直接提取同步信號(hào)，因此，當(dāng)數(shù)據(jù)流中存在長(zhǎng)的連續(xù)"1"或者連續(xù)"0"信 號(hào)段時(shí)，將導(dǎo)致定時(shí)信息的減少，使接收端的時(shí)鐘恢復(fù)變得困難。為了解決上述問題，通常將單極性非歸零碼信號(hào)進(jìn)行一定的處理，轉(zhuǎn)換成另 外的格式再進(jìn)行傳輸。單極性歸零碼(RZ)是一種常用的碼型格式，其特點(diǎn)是， 采用一個(gè)寬度小于碼元持續(xù)時(shí)間的歸零脈沖來表示"1"碼，而傳送"0"碼時(shí)不 發(fā)送脈沖。如附圖1中(b)所示。與單極性非歸零碼相比，其脈沖寬度變窄， 在沒有到一個(gè)碼元的終止時(shí)刻就回到零值。這種編碼的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)送的數(shù)據(jù)流中包 含著時(shí)鐘信息，接收端可從中提取同步信號(hào)。由于上述單極性歸零碼的"0"信號(hào)不存在脈沖，因此接收側(cè)不能通過直接 檢測(cè)脈沖的方法進(jìn)行位的同步與數(shù)據(jù)的判決。而通常采用的提取同步信號(hào)的方 法，如濾波法、鎖相法等電路復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)難度大。另外，光纖通信中常用的碼型還有曼徹斯特編碼、mBriB碼等，它們的信息 中都包含時(shí)鐘信號(hào)，但是它們的傳輸速率也增加到編碼前的非歸零碼速率的k(l <k《2)倍。而k值較小時(shí)，其編解碼電路比較復(fù)雜。異步通信則無須在接收端檢測(cè)信號(hào)時(shí)鐘的頻率與相位，它的收、發(fā)的時(shí)鐘是 各自獨(dú)立的，時(shí)鐘的頻率與相位不要求完全一致，允許存在一定的誤差。在異步 通信的接收端，通常有一個(gè)獨(dú)立的時(shí)鐘，其產(chǎn)生的脈沖頻率位數(shù)據(jù)頻率的N倍， 用這個(gè)獨(dú)立時(shí)鐘對(duì)線路狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，即接收器對(duì)檢測(cè)脈沖進(jìn)行N/2計(jì)數(shù)，在每 次計(jì)數(shù)滿的時(shí)刻檢測(cè)接收信號(hào)的電平。這樣，異步通信的速率就受到一定的限制。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提出一種碼元自帶同步信號(hào)的光纖通信碼方法及簡(jiǎn)便的 編碼/解碼電路。一種帶同步時(shí)鐘的脈寬調(diào)制式光纖通信編碼/解碼方法，其特征在于包括以下步驟 '(a) 、編碼方法每個(gè)碼元的周期為T，均為一個(gè)從零電平到高電平的脈沖， 每個(gè)碼元的結(jié)束均為零電平，碼"0"的脈沖寬度為T。，碼"1"的寬度為T,，且(b) 、解碼方法接收端通過檢測(cè)每個(gè)碼元開始的上升沿，以獲取位同步信 息，通過檢測(cè)每個(gè)碼元中高電平脈沖的寬度獲取碼值。一種實(shí)現(xiàn)上述方法的具體過程 (a)、所述的編碼方法具體過程如下信源發(fā)出的并行數(shù)據(jù)經(jīng)并串轉(zhuǎn)換單元 轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)，即得到了一組單極性非歸零碼，再輸入比較器，與三角波發(fā)生 單元發(fā)出的三角波進(jìn)行電平的比較；當(dāng)并串轉(zhuǎn)換單元輸出低電平即邏輯"0"時(shí)， 比較器輸出寬度為T。的窄脈沖；當(dāng)并串轉(zhuǎn)換單元輸出高電平即邏輯"1"時(shí)，比 較器輸出寬度為L(zhǎng)寬脈沖；并串轉(zhuǎn)換單元數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，時(shí)鐘觸發(fā)單元輸出低電平，輸出單元被封鎖無電平輸出；(b)、所述解碼方法具體過程如下延時(shí)觸發(fā)單元檢測(cè)接收信號(hào)的上升沿， 當(dāng)檢測(cè)到上升沿后，延遲一定的時(shí)間t，發(fā)出一個(gè)跳變信號(hào)到串并轉(zhuǎn)換單元的時(shí) 鐘輸入端，其中T?！?t <1\，串并轉(zhuǎn)換單元在此跳變信號(hào)的控制下，其數(shù)據(jù)輸入 端立即讀入與延時(shí)觸發(fā)單元信號(hào)輸入端并接的脈沖信號(hào)，因?yàn)檠訒r(shí)觸發(fā)單元的延 遲時(shí)間t設(shè)計(jì)為大于T。而小于T,，這時(shí)如果脈沖信號(hào)是寬脈沖，由于T, > t ， 所以經(jīng)過延遲時(shí)間t后信號(hào)輸入端仍是高電平，這時(shí)如果脈沖信號(hào)是窄脈沖，由于丁。< t ，經(jīng)過延遲時(shí)間t后信號(hào)輸入端變?yōu)榈碗娖?，由此完?1"或"0"的位解碼；延時(shí)觸發(fā)單元的跳變信號(hào)同時(shí)也輸入到計(jì)數(shù)單元的輸入端，當(dāng)對(duì)數(shù)據(jù)碼 元的計(jì)數(shù)值滿一幀時(shí)，控制數(shù)據(jù)鎖存單元將接收轉(zhuǎn)換完成的并行數(shù)據(jù)鎖存，從而 完成一幀串行數(shù)據(jù)的解碼和并行轉(zhuǎn)換。一種實(shí)現(xiàn)上述同步時(shí)鐘的脈寬調(diào)制式光纖通信編碼/解碼方法的編碼/解碼 電路，其特征在于由以下單元組成(a) 、編碼電路信源的輸出端與并串轉(zhuǎn)換單元的輸入端相連，并串轉(zhuǎn)換單元的輸出端與比較器的輸入端相連，三角波發(fā)生單元輸出端與比較器的反向端相連，比較器輸出端與輸出單元的輸入端相連；并串轉(zhuǎn)換單元和三角波發(fā)生單元的 時(shí)鐘輸入端均與同一個(gè)時(shí)鐘單元相連，以使三角波的頻率與非歸零碼信號(hào)的頻率 相等。上述時(shí)鐘單元還同時(shí)與一時(shí)鐘觸發(fā)單元的輸入端相連，時(shí)鐘觸發(fā)單元的輸 出端與所述三態(tài)門輸出單元使能端連接，數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束時(shí)，時(shí)鐘觸發(fā)單元輸出低 電平，三態(tài)門輸出單元使能端被封住，隔離數(shù)據(jù)輸出端，避免后面光纖發(fā)送端的 發(fā)光管常亮。(b) 、解碼電路接收端接收到的串行信號(hào)分成兩路， 一路與串并轉(zhuǎn)換單元 的輸入端相連，另一路與延時(shí)觸發(fā)單元的輸入端相連；延時(shí)觸發(fā)單元的輸出端也 分成兩路， 一路直接與串并轉(zhuǎn)換單元的時(shí)鐘輸入端相連，另一路與計(jì)數(shù)單元相連; 計(jì)數(shù)單元的輸出與數(shù)據(jù)鎖存單元的使能端相連；串并轉(zhuǎn)換單元的輸出端連接數(shù)據(jù) 鎖存單元的輸入端。采用這種碼型的信號(hào)包含同步時(shí)鐘信息，每個(gè)碼元均由一個(gè)正向脈沖開始， 同步周期內(nèi)信號(hào)的脈沖寬度表達(dá)了位信息是"0"還是"1"，即兩種占空比的信 號(hào)分別代表"0"和"1"，同步時(shí)鐘信息無須增加傳送速率，編碼和解碼電路簡(jiǎn) 單可靠，實(shí)現(xiàn)容易方便，特別適合于工業(yè)控制中各類串行型式的光纖通信傳輸。


圖1為幾種數(shù)字通信碼型的示意圖，其中(a)為單極性非歸零碼(NRZ)， (b)為單極性歸零碼(RZ)， (c)為本發(fā)明提出的碼型。 圖2為本發(fā)明碼型的數(shù)據(jù)采樣時(shí)序示意圖。 圖3為發(fā)送端編碼電路實(shí)施例的示意圖。 圖4為接收端解碼電路實(shí)施例的示意圖。圖中標(biāo)號(hào)名稱301為信源單元，302為并串轉(zhuǎn)換單元，303為三角波發(fā)生 單元，304為時(shí)鐘單元，305為比較器單元，306為三態(tài)門輸出單元，307為時(shí)鐘 觸發(fā)單元，R1和R2為參考電位設(shè)置電阻，R3為邏輯電平輸入電阻，401為串并 轉(zhuǎn)換單元，402為延遲觸發(fā)單元，403為計(jì)數(shù)單元，404為數(shù)據(jù)鎖存單元。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明所提出的光纖通信碼型，利用脈沖寬度的不同來分別表示"0"和"1"。如附圖1中(C)所示。具體的實(shí)施方式為每個(gè)碼元的周期為T，開始均為一個(gè)從零電平到正電平脈沖，碼"0"的脈沖寬度T。窄，而碼"1"的寬度L寬；每個(gè)碼元的結(jié)束均為零電平。與普通的單極性歸零碼相比，這種碼型的"1"碼和"0"碼的開始均存在正向脈沖。由于每個(gè)碼元的開始都有一個(gè)電平的上升沿，因此，接收端只需通過檢測(cè)這個(gè)上升沿就可以獲取位同步信息。如附圖2所示，當(dāng)檢測(cè)到上升沿后，延時(shí)固定的時(shí)間T對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行取樣判決，即可將編碼中的數(shù)據(jù)信息準(zhǔn)確讀出。本發(fā)明所提出的碼型可以由普通的單極性非歸零碼通過簡(jiǎn)單的變換得到，編碼電路簡(jiǎn)便。下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)行說明。實(shí)施例中，發(fā)送段采用將信源的單極性非歸零碼與三角波相交截的方法，即 兩者分別輸入到一個(gè)比較器的正反相輸入端，進(jìn)行電平的比較，輸出端即得到需 要的編碼格式。如附圖3所示，信源301發(fā)出的并行數(shù)據(jù)經(jīng)并串轉(zhuǎn)換單元302 轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)，即得到了一組單極性非歸零碼。非歸零碼再輸入比較器305， 與三角波發(fā)生單元303發(fā)出的三角波進(jìn)行電平的比較。比較器305的同相輸入端 由R1、 R2預(yù)置初始參考電位，并串轉(zhuǎn)換單元302輸出低電平即邏輯"0"時(shí)，通 過R3將參考電位拉低，比較器305輸出窄脈沖；并串轉(zhuǎn)換單元302輸出高電平 即邏輯"l"時(shí)，通過R3將參考電位抬高，比較器305輸出寬脈沖。并串轉(zhuǎn)換單 元302數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，時(shí)鐘觸發(fā)單元307輸出低電平，三態(tài)門輸出單元306 使能端被封住，使數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束時(shí)隔離數(shù)據(jù)輸出端，避免后面光纖發(fā)送端的發(fā)光 管常亮。并串轉(zhuǎn)換單元302、三角波發(fā)生單元303、時(shí)鐘觸發(fā)單元307均使用同 一個(gè)時(shí)鐘單元304的時(shí)鐘信號(hào)，三角波的頻率與非歸零碼信號(hào)的頻率嚴(yán)格相等。 通過輸入到比較器305 —端的"0"或"1"與另一端的三角波相比較，便可得到 所需的具有兩種脈沖寬度的信號(hào)，即兩種占空比的信號(hào)。整個(gè)解碼電路簡(jiǎn)單可靠， 由常規(guī)通用芯片即可組成，如時(shí)鐘觸發(fā)單元307可選用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。本發(fā)明所提出的碼型，由于每個(gè)碼元均由一個(gè)正向脈沖開始，因此，解碼也 比較簡(jiǎn)便，可省去濾波器、鎖相環(huán)等電路，采用少數(shù)的數(shù)字芯片即可實(shí)現(xiàn)。另外， 與異步通信的接收端相比，可以省去N倍于信號(hào)傳輸速率的獨(dú)立時(shí)鐘。在下面結(jié) 合實(shí)施例進(jìn)行說明。實(shí)施例中，接收端采用延時(shí)觸發(fā)單元402檢測(cè)時(shí)鐘信息，即檢測(cè)接收信號(hào)的 上升沿。延時(shí)觸發(fā)單元402檢測(cè)到上升沿后，延遲一定的時(shí)間t ，發(fā)出一個(gè)跳變 信號(hào)到串并轉(zhuǎn)換單元401的時(shí)鐘輸入端。這個(gè)跳變信號(hào)實(shí)際就是接受數(shù)據(jù)位的時(shí) 鐘信息。串并轉(zhuǎn)換單元401在此跳變信號(hào)的控制下，其數(shù)據(jù)輸入端立即讀入與延 時(shí)觸發(fā)單元402信號(hào)輸入端并接的脈沖信號(hào)，因?yàn)檠訒r(shí)觸發(fā)單元402的延遲時(shí)間 設(shè)計(jì)為T?！?t <TU這時(shí)如果是寬脈沖，T\> t，經(jīng)過延遲時(shí)間t后信號(hào)輸入端仍是高電平，這時(shí)如果是窄脈沖，T。< t,經(jīng)過延遲時(shí)間t后信號(hào)輸入端變?yōu)榈?電平，由此完成"1"或"0"的位解碼。延時(shí)觸發(fā)單元402的跳變信號(hào)同時(shí)也輸 入到計(jì)數(shù)單元403的輸入端，當(dāng)對(duì)數(shù)據(jù)碼元的計(jì)數(shù)值滿一幀時(shí)，控制數(shù)據(jù)鎖存單 元404將接收轉(zhuǎn)換完成的并行數(shù)據(jù)鎖存，從而完成一幀串行數(shù)據(jù)的解碼和并行轉(zhuǎn) 換。這種解碼方法可以單字節(jié)8位、單字16位、雙字32位或多字8N位為一幀 工作。由此可見，接收端只使用少量的集成芯片，例如延遲觸發(fā)器402可采用單 穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，通過選取其外接阻容的值來滿足延遲時(shí)間t 。
權(quán)利要求
1. 一種帶同步時(shí)鐘的脈寬調(diào)制式光纖通信編碼/解碼方法，其特征在于包括以下步驟(a)、編碼方法每個(gè)碼元的周期為T，均為一個(gè)從零電平到高電平的脈沖，每個(gè)碼元的結(jié)束均為零電平，碼“0”的脈沖寬度為T0，碼“1”的寬度為T1，且T0＜T1＜T；(b)、解碼方法接收端通過檢測(cè)每個(gè)碼元開始的上升沿，以獲取位同步信息，通過檢測(cè)每個(gè)碼元中高電平脈沖的寬度獲取碼值。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶同步時(shí)鐘的脈寬調(diào)制式光纖通信編碼/解碼方法，其特征在于(a) 、所述的編碼方法具體過程如下信源(301)發(fā)出的并行數(shù)據(jù)經(jīng)并串 轉(zhuǎn)換單元(302)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)，即得到了一組單極性非歸零碼，再輸入比較 器(305)，與三角波發(fā)生單元(303)發(fā)出的三角波進(jìn)行電平的比較；當(dāng)并串轉(zhuǎn) 換單元(302)輸出低電平即邏輯"0"時(shí)，比較器(305)輸出寬度為T。的窄脈 沖；當(dāng)并串轉(zhuǎn)換單元(302)輸出高電平即邏輯"1"時(shí)，比較器(305)輸出寬 度為L(zhǎng)寬脈沖；并串轉(zhuǎn)換單元(302)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，時(shí)鐘觸發(fā)單元(307) 輸出低電平使三態(tài)門輸出單元(306)被封鎖無電平輸出；(b) 、所述解碼方法具體過程如下延時(shí)觸發(fā)單元(402)檢測(cè)接收信號(hào)的 上升沿，當(dāng)檢測(cè)到上升沿后，延遲一定的時(shí)間t，發(fā)出一個(gè)跳變信號(hào)到串并轉(zhuǎn)換 單元(401)的時(shí)鐘輸入端，其中T。〈 t <T,，串并轉(zhuǎn)換單元(401)在此跳變信 號(hào)的控制下，其數(shù)據(jù)輸入端立即讀入與延時(shí)觸發(fā)單元(402)信號(hào)輸入端并接的 脈沖信號(hào)，因?yàn)檠訒r(shí)觸發(fā)單元(402)的延遲時(shí)間t設(shè)計(jì)為大于T。而小于L，這 時(shí)如果脈沖信號(hào)是寬脈沖，由于L > t ，所以經(jīng)過延遲時(shí)間t后信號(hào)輸入端仍 是高電平，這時(shí)如果脈沖信號(hào)是窄脈沖，由于乙< t，經(jīng)過延遲時(shí)間i后信號(hào)輸 入端變?yōu)榈碗娖?，由此完?1"或"0"的位解碼；延時(shí)觸發(fā)單元(402)的跳 變信號(hào)同時(shí)也輸入到計(jì)數(shù)單元(403)的輸入端，當(dāng)對(duì)數(shù)據(jù)碼元的計(jì)數(shù)值滿一幀時(shí)，控制數(shù)據(jù)鎖存單元(404)將接收轉(zhuǎn)換完成的并行數(shù)據(jù)鎖存，從而完成一幀 串行數(shù)據(jù)的解碼和并行轉(zhuǎn)換。
3、 一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求2所述同步時(shí)鐘的脈寬調(diào)制式光纖通信編碼/解碼方法 的編碼/解碼電路，其特征在于由以下單元組成(a) 、編碼電路信源(301)的輸出端與并串轉(zhuǎn)換單元(302)的輸入端相 連，并串轉(zhuǎn)換單元(302)的輸出端與比較器(305)的輸入端相連，三角波發(fā)生 單元(303)輸出端與比較器(305)的反向端相連，比較器(305)輸出端與三 態(tài)門輸出單元(306)的輸入端相連；并串轉(zhuǎn)換單元(302)和三角波發(fā)生單元(303) 的時(shí)鐘輸入端均與同一個(gè)時(shí)鐘單元(304)相連，以使三角波的頻率與非歸零碼 信號(hào)的頻率相等；所述的時(shí)鐘單元(304)還同時(shí)與時(shí)鐘觸發(fā)單元(307)的輸入 端相連，時(shí)鐘觸發(fā)單元(307)的輸出端與所述三態(tài)門輸出單元(306)使能端連 接；(b) 、解碼電路接收端接收到的串行信號(hào)分成兩路， 一路與串并轉(zhuǎn)換單元 (401)的輸入端相連，另一路與延時(shí)觸發(fā)單元(402)的輸入端相連；延時(shí)觸發(fā)單元(402)的輸出端也分成兩路， 一路直接與串并轉(zhuǎn)換單元(401)的時(shí)鐘輸入 端相連，另一路與計(jì)數(shù)單元(403)相連；計(jì)數(shù)單元(403)的輸出與數(shù)據(jù)鎖存單 元(404)的使能端相連；串并轉(zhuǎn)換單元(401)的輸出端連接數(shù)據(jù)鎖存單元(404) 的輸入端。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種帶同步時(shí)鐘的脈寬調(diào)制式光纖通信編碼/解碼方法及電路，屬于光纖通信技術(shù)領(lǐng)域。該方法關(guān)鍵點(diǎn)在于(a)每個(gè)碼元的周期為T，均為一個(gè)從零電平到高電平的脈沖，每個(gè)碼元的結(jié)束均為零電平，碼“0”的脈沖寬度為T₀，碼“1”的寬度為T₁，且T₀＜T₁＜T；(b)接收端通過檢測(cè)每個(gè)碼元開始的上升沿，以獲取位同步信息，通過檢測(cè)每個(gè)碼元中高電平脈沖的寬度獲取碼值。本發(fā)明的編碼和解碼電路簡(jiǎn)單可靠，實(shí)現(xiàn)容易方便，特別適合于工業(yè)控制中各類串行型式的光纖通信傳輸。
文檔編號(hào)H04B10/158GK101247128SQ20081002464
公開日2008年8月20日 申請(qǐng)日期2008年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月28日
發(fā)明者何偉軍, 何禮高, 占文濤, 偉 孫, 桑會(huì)娜, 羅志惠 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)