PL182269B1

PL182269B1 - Digital-analog communication method and system

Info

Publication number: PL182269B1
Application number: PL96326507A
Authority: PL
Inventors: Pierre Humblet
Original assignee: Motorola Inc
Priority date: 1995-10-23
Filing date: 1996-10-23
Publication date: 2001-12-31
Also published as: WO1997016008A1; FR2740286A1; EP0857386B1; CN1203717A; DE69634902T2; BR9611199A; ES2186786T3; CA2235521C; CA2235521A1; EP0857386A1; ATE227060T1; NO981796D0; EP0857385A1; WO1997016009A1; PL326507A1; PL326386A1; ATE298958T1; FR2740286B1; DE69634902D1; US7280592B1

Abstract

1 . Sposób transm isji informacji miedzy adapterem cyfrowym dolaczonym do centrali sieci telekom unikacyj- nej przez interfejs cyfrowy, w szczególnosci przez inter- fejs cyfrowy typu ISDN, a adapterem analogowym dola- czonym do centrali sieci telekom unikacyjnej przez inter- fejs analogowy pracujacy zgodnie z prawem kwantyzacji definiujacym N. przykladow o N = 256. nom inalnych wartosci sygnalów analogow ych i cyfrowych, gdzie da- nemu analogowem u poziom owi napieciowem u odpowia- da okreslona cyfrow a grupa bitów sygnalowych, polegaja- cy na tym. ze wysyla sie z jednego z adapterów sygnal analogowy lub cyfrowy, odpow iednio, reprezentujacy odpow iednia grupe bitów danych informacji przychodza- cej ze zródla danych cyfrowych dolaczonego do tego adaptera, przykladow o grupe 6 bitów danych, znamienny tym. ze w adapterze cyfrowym wykrywa sie blad odpo- wiedzi impulsowal powstal)- miedzy adapterem analogo- wym a interfeisem analogowym laczacym ten adapter analogowy z centrala, wysyla sie z adaptera cyfrowego do adaptera analogow ego kom unikat sterow ania reprezentu- jacy ten blad odpowiedzi impulsowej i w odpowiedzi na kom unikat sterow ania syntezuje sie w adapterze analogo- wym filtr preem fazy tak. zeby odpowiedz impulsowa m iedzy interfejsem analogow ym a adapterem analogowym zawierajacym filtr preem fazy zsyntezowany w odpowiedzi na kom unikat sterowania, byla poprawna. PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób transmisji informacji oraz adapter analogowy i adapter cyfrowy do transmisji informacji.

Coraz większa liczba instalowanych komputerów osobistych i rozkwit nowych usług telekomunikacyjnych jest świadectwem możliwości rozwojowych w zakresie łączności bezpośredniej. Chociaż obecna sytuacja jest zadowalająca dla dużych użytkowników, którzy są w stanie dołączyć swe własne sieci wewnętrzne do usług zewnętrznych poprzez obwody

182 269 transmisji danych z dużą prędkością lub przez łącza dzierżawione, to jednak koszt takich rozwiązań jest zbyt wysoki dla małych przedsiębiorstw lub osób fizycznych.

Wydaje się pewne, że sytuacja ta ulegnie zmianie i że konieczne będzie rozszerzenie usług transmisji danych z dużą prędkością do poziomu domowego, co spowoduje powstanie ogólnej sieci szerokopasmowej. Nieprawdopodobne jest jednak, by sieć taka stała się powszechna w ciągu kilku lat lub nawet kilku dziesięcioleci.

W większości krajów w oczekiwaniu na taką sieć szybkiej transmisji danych osoby fizyczne, szkoły i małe przedsiębiorstwa staną wobec problemu przesyłania danych poprzez sieć telefoniczną. W tym celu mogą oni wybierać pomiędzy dwoma znanymi technologiami. Najbardziej rozpowszechnione rozwiązanie polega na stosowaniu modemów, które pracują z prędkością 14,4 kb/s lub 28,8 kb/s. Droższe rozwiązanie polega na stosowaniu sieci ISDN, która ma dwa kanały po 64 kb/s plus kanał sygnalizacji 16 kb/s. Jednakże to drugie rozwiązanie nie jest wszędzie dostępne i wymaga znacznych inwestycji ze strony użytkowników w postaci wyższych taryf abonenckich i odpowiedniego sprzętu łączności.

W opisie patentowym EP 0 669 740 został ujawniony modem przeznaczony do stosowania z analogowymi liniami abonenckimi na obu końcach łącza transmisyjnego. Modem zawiera układ do oddzielnego korygowania każdej pętli połączenia poprzez analogową sieć telefoniczną przez stosowanie wielu filtrów nadawania i wielu filtrów odbioru. Filtry te są używane w taki sposób, że w kierunku nadawania z modemu do centrali próbki napięcia wysyłane przez układ kodera-dekodera są równoważne poziomom kwantowania centrali. Konieczność stosowania poziomów narzuconych przez prawo kwantowania uniemożliwia wybranie poziomów dających najlepszą odporność na szum w obecności sygnału echa.

Nie zostało ujawnione urządzenie telekomunikacyjne do przesyłania informacji pomiędzy adapterem cyfrowym a adapterem analogowym, w którym adapter cyfrowy byłby dołączony do centrali poprzez interfejs cyfrowy.

Sposób transmisji informacji między adapterem cyfrowym dołączonym do centrali sieci telekomunikacyjnej przez interfejs cyfrowy, w szczególności przez interfejs cyfrowy typu ISDN, a adapterem analogowym dołączonym do centrali sieci telekomunikacyjnej przez interfejs analogowy pracujący zgodnie z prawem kwantyzacji definiującym N, przykładowo N = 256, nominalnych wartości sygnałów analogowych i cyfrowych, gdzie danemu analogowemu poziomowi napięciowemu odpowiada określona cyfrowa grupa bitów sygnałowych, polegający na tym, że wysyła się z jednego z adapterów sygnał analogowy lub cyfrowy, odpowiednio, reprezentujący odpowiednią grupę bitów danych informacji przychodzącej ze źródła danych cyfrowych dołączonego do tego adaptera, przykładowo grupę 6 bitów danych, według wynalazku jest charakterystyczny tym, że w adapterze cyfrowym wykrywa się błąd odpowiedzi impulsowej powstały między adapterem analogowym a interfejsem analogowym łączącym ten adapter analogowy z centralą, wysyła się z adaptera cyfrowego do adaptera analogowego komunikat sterowania reprezentujący ten błąd odpowiedzi impulsowej i w odpowiedzi na komunikat sterowania syntezuje się w adapterze analogowym filtr preemfazy tak. żeby odpowiedź impulsowa między interfejsem analogowym a adapterem analogowym zawierającym filtr preemfazy zsyntezowany w odpowiedzi na komunikat sterowania, była poprawna.

Korzystnie, z informacji przychodzącej ze źródła danych cyfrowych wybiera się n wartości sygnałów nominalnych jako reprezentacja odpowiednich grup bitów danych, przy tym n wartości sygnałów wstępnie wybiera się z N wartości sygnałów tak, żeby odstęp d_min między określonymi poziomami napięcia analogowego reprezentującymi odpowiednie grupy bitów danych był minimalny.

Adapter analogowy do transmisji informacji między adapterem cyfrowym dołączonym do centrali sieci telekomunikacyjnej przez interfejs cyfrowy, w szczególności przez interfejs typu ISDN, a adapterem analogowym przystosowanym do dołączania do centrali sieci telekomunikacyjnej przez interfejs analogowy, pracujący zgodnie z prawem kwantyzacji definiującym N, przykładowo N = 256, nominalnych poziomów napięciowych odpowiadających odpowiednim grupom bitów, zaś w jednym z adapterów znajduje się układ do pobierania grupy bitów danych, przykładowo grupy 6 bitów, reprezentujących informację pochodzącą ze źródła danych cyfrowych dołączonego do tego adaptera, a adapter jednego typu może wysyłać bez

182 269 pośrednio przez sieć telekomunikacyjną do adaptera drugiego typu sygnał reprezentujący tę informację, przy tym jeden adapter wysyła sygnał analogowy do adaptera cyfrowego lub sygnał cyfrowy do adaptera analogowego, odpowiednio, według wynalazku jest charakterystyczny tym, że zawiera układ do syntezowania filtra preemfazy w odpowiedzi na otrzymany komunikat sterowania wysyłany przez adapter cyfrowy w odpowiedzi na błąd odpowiedzi impulsowej wykryty przez ten adapter cyfrowy tak, żeby odpowiedź impulsowa między interfejsem analogowym centrali a adapterem analogowym zawierającym filtr preemfazy zsyntezowany w odpowiedzi na wymieniony komunikat sterowania, była poprawna.

Korzystnie, adapter analogowy zawiera układ do wykorzystywania n spośród N wartości sygnałów do reprezentowania odpowiednich grup bitów danych z informacji przychodzącej ze źródła danych cyfrowych, przy tym n wartości sygnałów uprzednio wybrano spośród N wartości sygnałów tak, żeby odstęp d_mj_n między określonymi poziomami napięcia analogowego reprezentującymi odpowiednie grupy bitów danych był minimalny.

Korzystnie, adapter analogowy zawiera nadajnik, w którym filtr preemfazy jest połączony łańcuchowo z koderem liniowym.

Korzystnie, filtr preemfazy jest dołączony do filtru analogowego dołączonego do wyjścia przetwornika cyfrowo-analogowego, by zapewnić pomocniczy prąd sterowania, przykładowo sygnał 16 kHz, i przystosowany do dołączenia do interfejsu analogowego, aby przeprowadzić syntezowanie filtra analogowego.

Korzystnie, filtr preemfazy jest filtrem o częściowej odpowiedzi impulsowej klasy IV.

Korzystnie, adapter analogowy zawiera ponadto odbiornik, którego korektor wyjściowy jest dołączony do filtra preemfazy, zapewniając częściową odpowiedź impulsową klasy IV w odpowiedzi na sygnał wejściowy z filtra preemfazy.

Korzystnie, odbiornik zawiera adaptacyjny korektor liniowy, którego wejście jest dołączone do wyjścia przetwornika analogowo-cyfrowego, a wyjście jest dołączone do wejścia korektora wyjściowego dołączonego do terminala, wyjście korektora wyjściowego jest dołączone do adaptacyjnego korektora liniowego tworząc sprzężenie zwrotne i zapewniając częściową odpowiedź impulsową klasy IV do wejścia z przetwornika analogowo-cyfrowego.

Korzystnie, korektor wyjściowy jest korektorem o decyzyjnym sprzężeniu zwrotnym lub korektorem Viterbiego.

Adapter cyfrowy do transmisji informacji między adapterem cyfrowym przystosowanym do dołączenia do centrali sieci telekomunikacyjnej przez interfejs cyfrowy, w szczególności przez interfejs typu ISDN, a adapterem analogowym dołączonym do centrali sieci telekomunikacyjnej przez interfejs analogowy pracujący zgodnie z prawem kwantyzacji definiującym N, przykładowo N = 256, nominalnych poziomów napięciowych odpowiadających odpowiednim grupom bitów, zaś w jednym z adapterów znajduje się układ do pobierania grupy bitów danych, przykładowo grupy 6 bitów, reprezentujących informację pochodzącą ze źródła danych cyfrowych dołączonego do tego adaptera, a adapter jednego typu może wysyłać bezpośrednio przez sieć telekomunikacyjną do adaptera drugiego typu sygnał reprezentujący tę informację, przy tym jeden adapter wysyła sygnał analogowy do adaptera cyfrowego lub sygnał cyfrowy do adaptera analogowego, odpowiednio, według wynalazku, jest charakterystyczny tym, że zawiera układ do wykrywania błędu odpowiedzi impulsowej, pojawiającego się między adapterem analogowym a interfejsem analogowym łączącym ten adapter analogowy z centralą oraz układ do nadawania do adaptera analogowego komunikatu sterowania reprezentującego wykryty błąd.

Korzystnie, adapter cyfrowy zawiera układ do wykorzystywania n spośród N wartości sygnałów do reprezentowania odpowiednich grup bitów danych w informacji przychodzącej ze źródła danych cyfrowych, które to n wartości sygnałów uprzednio wybrano spośród N wartości sygnałów tak, żeby odstęp d_m,_n między określonymi poziomami napięcia analogowego reprezentującymi odpowiednie grupy bitów danych był minimalny.

Korzystnie, adapter cyfrowy zawiera nadajnik cyfrowy z koderem liniowym i odbiornik cyfrowy z dekoderem liniowym, którego wejście jest przystosowane do dołączenia do wyjścia z interfejsu cyfrowego a wyjście dołączone do bloku dekodera, którego jedno wyjście jest

182 269 dołączone by zapewnić komunikaty sterowania adaptera analogowego, a drugie wyjście jest połączone ze sprzętem użytkownika.

Sposób oraz adapter analogowy i adapter cyfrowy według wynalazku zapewniają cyfrową łączność poprzez sieć analogową. Sygnał jest nadawany z poziomem zapewniającym poprawę odstępu sygnału od szumu w obecności sygnału echa, ponieważ wartość poziomu nadawania nie jest ograniczona do wartości określonych przez prawo kwantyzacji.

Rozwiązanie według wynalazku umożliwia wykorzystanie zalet sieci, takiej jak np. sieć ISDN, a w szczególności większych prędkości transmisji rzędu 64 kb/s bez ponoszenia przez użytkowników znacznych kosztów dodatkowych w porównaniu z kosztem konwencjonalnych rozwiązań działających z prędkością 14,4 kb/s.

Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji jest odtworzony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia adapter analogowy i adapter cyfrowy w połączeniu z siecią telekomunikacyjną, w schemacie blokowym; fig. 2 - zależność maksymalnej prędkości transmisji danych dla prawa kwantowania typu A od minimalnej odległości pomiędzy n wybranymi poziomami kwantowania, w wykresie; fig. 3 - adapter cyfrowy do transmisji informacji według wynalazku, w schemacie blokowym, zaś fig. 4 przedstawia adapter analogowy do transmisji informacji według wynalazku, w schemacie blokowym.

Figura 1 przedstawia ogólną architekturę telekomunikacyjnego urządzenia 1 wykorzystującego publiczną przełączaną sieć 2 do transmisji pomiędzy dwiema centralami 3 i 4 dołączonymi odpowiednio po jednej stronie do cyfrowego adaptera 5 poprzez cyfrowy interfejs 7. a po drugiej stronie do analogowego adaptera 6, to znaczy dołączonymi poprzez zwykły konwencjonalny interfejs telefoniczny 8.

Cyfrowy serwer 9 np. serwer z dwoma programami szybkiej transmisji danych, jest dołączony do cyfrowej centrali 3 poprzez linię 7 i adapter cyfrowy 5 przy serwerze 9.

W szczególności terminal 35 ma postać komputera osobistego dołączonego do adaptera analogowego 6. Adapter ten i aparat telefoniczny 10 są połączone poprzez zwykłą linię telefoniczną 8 z centralą 4. Analogowy aparat telefoniczny 6 przenosi zatem informacje analogowe: głos użytkownika aparatu telefonicznego 10 lub informacje cyfrowe przychodzące z lub kierowane do aparatu analogowego 6.

Za pomocą takiej architektury, która jest znana w przypadku, gdy adapterem analogowym jest konwencjonalny modem, możliwe jest wywoływanie konwencjonalnej linii analogowej 8 z serwera 9 i odwrotnie. Możliwość ta jest już wykorzystywana do transmisji mowy i danych. Kiedy sygnał cyfrowy przychodzący z adaptera cyfrowego 5 dochodzi do centrali telefonicznej 4 po przeniesieniu przez sieć 2, bajty sygnału cyfrowego są przetwarzane przez przetwornik cyfrowo-analogowy zawarty w centrali 4 w poziomy napięciowe, co jest realizowane z pewną częstotliwością próbkowania, która zwykle wynosi 8000 razy na sekundę. To przetwarzanie cyfrowo-analogowe (DAC) odbywa się z zastosowaniem pewnego prawa konwersji, na przykład prawa A w Europie lub prawa m w innych częściach świata. W przeciwnym kierunku, to znaczy od adaptera analogowego 6 do adaptera cyfrowego 5, napięcie analogowe odebrane przez centralę 4 jest przetwarzane do postaci cyfrowej przez zespół próbkujący i jest reprezentowane przez bajty. Bajty te po przeniesieniu przez sieć 2 są podawane na adapter cyfrowy 5.

Ogólnie połączenie rodzaju opisanego powyżej umożliwia łączność adaptera cyfrowego 5 z adapterem analogowym 6. Tradycyjnie adapter cyfrowy 5 nadaje ciąg bajtów, który po przekształceniu przy wykorzystaniu jednego z wymienionych wyżej praw odpowiada sygnałowi mowy lub sygnałowi konwencjonalnego modemu. Sygnał ten jest następnie przetwarzany normalnie jak w telefonii i przekazywany bezpośrednio do słuchawki mikrotelefonu 10. Podobnie adapter analogowy 6 jest tradycyjnie utworzony przez modem. Operacje odwrotne przeprowadzane są w przeciwnym kierunku transmisji.

Wynalazek proponuje inny sposób transmisji pomiędzy adapterem analogowym 6 a adapterem cyfrowym 5, a ponadto proponuje odpowiednie urządzenie.

Zasada wynalazku jest wyjaśniona na podstawie fig. 2. gdzie pokazano kompromis istniejący pomiędzy prędkością transmisji (w kilobitach na sekundę na osi rzędnych), a odpornością na szum. Jeżeli pożądana jest transmisja z prędkością 64 kb/s, wówczas muszą być uży

182 269 wane wszystkie z 256 poziomów kwantowania, które można uzyskać z 8 bitów (28 = 256). Jednakże kiedy transmisja podlega szumowi gaussowskiemu, wówczas prawdopodobieństwo błędu podczas transmisji zależy od minimalnej odległości dmin (wzdłuż osi odciętych na fig. 2) pomiędzy dwoma sąsiednimi poziomami skali kwantowania, a zależność ta jest pokazana na fig. 2, dla prawa konwersji typu A. Niespodziewanie zaobserwowano, że przez zwiększenie minimalnej odległości dmin pomiędzy poziomami z 2 na 4 nie powoduje utraty połowy poziomów kwantowania, ale jedynie utratę 33 poziomów z 256. W podobny sposób okazuje się, że nadal możliwa jest transmisja z prędkością około 48 kb/s przy zastosowaniu tylko 64 poziomów kwantowania oddalonych o odległość dmin = 128.

Etapy sposobu transmisji w obu kierunkach są zatem takiej, jak podano poniżej, dla sygnału analogowego, który jest kwantowany z zastosowaniem n = 64 poziomów, co umożliwia prędkość transmisji danych 48 kb/s.

Sposób transmisji z adaptera cyfrowego do adaptera analogowego obejmuje następujące etapy: - pobranie grupy bitów przychodzących ze źródła danych cyfrowych, np. grupy 6 bitów;

- wybranie jednego spośród n (w szczególności n = 64) uprzednio wybranych poziomów z N (w szczególności N - 256) poziomów napięciowych, przy czym każdy poziom jest reprezentowany w postaci cyfrowej jako jeden bajt przy prędkości transmisji 8000 bajtów na sekundę;

- nadawanie bajtów odpowiadających wybranym z poziomom kolejno poprzez sieć cyfrową do adaptera analogowego w taki sposób, aby wytworzyć w adapterze analogowym sygnały o amplitudzie zasadniczo równej poziomom reprezentowanym przez każdy bajt, przy czym sygnały odpowiadające kolejnym bajtom wzajemnie zakłócają się, by wytworzyć w adapterze analogowym wynikowy sygnał analogowy;

- korygowanie wymienionego wynikowego sygnału analogowego tak, aby wyeliminować te zakłócenia;

- mierzenie amplitudy wynikowego sygnału analogowego i dedukowanie z niej cyfrowej wartości bajtu, oraz

- na podstawie wartości cyfrowej bajtu odtwarzanie grupy bitów i wysyłanie jej do odbiornika danych cyfrowych.

Sposób transmisji z adaptera analogowego do adaptera cyfrowego w systemie telekomunikacyjnym zawiera następujące etapy:

- pobieranie 8000 razy na sekundę grupy bitów przychodzących ze źródła danych dołączonego do systemu telekomunikacyjnego;

- wybieranie sygnału analogowego o amplitudzie odpowiadającej wartości cyfrowej grupy bitów, przy czym sygnały odpowiadające kolejnym grupom wzajemnie zakłócają się i mają taką postać, że w chwili próbkowania sygnału analogowego w interfejsie analogowym 8 centrali 4 jego wartość jest zasadniczo równa sumie o wartości nadającej się do określenia przez informację cyfrową przesyłaną przez adapter analogowy 6 do adaptera cyfrowego 5 plus sygnał echa nadawany przez adapter cyfrowy 5 bez konieczności, by wymieniona wartość była równa jednemu z poziomów prawa kwantowania, tak że po próbkowaniu sygnału analogowego w adapterze cyfrowym 5 pojawia się bajt reprezentujący tę sumę;

- przetwarzanie kolejnych bajtów tak, aby odtworzyć najbardziej prawdopodobną sekwencję grup bitów przy danym echu sygnału nadawanego przez adapter cyfrowy; oraz

- przesyłanie wartości cyfrowych odtworzonych grup bitów do sprzętu użytkownika.

Podsumowując, ten sposób transmisji nie próbuje odbudować sygnału analogowego do przesłania poprzez linię do adaptera analogowego. Przeciwnie, bajty reprezentujące informację cyfrową są przekształcane bezpośrednio w poziomy napięciowe, jak to przedstawiono przez odpowiednie urządzenie w górnej części fig. 3, gdzie pokazano część nadawczą adaptera cyfrowego 5. Przykładowo dla łączności z prędkością 48 kb/s adapter cyfrowy 5 przekształca bity odebrane od użytkownika w grupy 6 bitów reprezentujące poziomy napięciowe (to znaczy 26 = 64 możliwości), które to grupy są wysyłane 8000 razy na sekundę, a każda

182 269 z nich reprezentuje jeden spośród 256 poziomów prawa konwersji. 64 poziomy stosowane w ten sposób w tym konkretnym przykładzie są wybierane tak, aby były możliwie szeroko oddzielone od siebie, tak aby zapewnić większą odporność na szum. Rozdzielenie to nazywane jest poniżej minimalną odległość dmin. Zaletą tego podejścia jest to, że eliminuje ono szum kwantowania wprowadzany przez prawo konwersji.

Należy zauważyć, że możliwe jest w konwencjonalny sposób przewidywanie stosowania modulacji kodowanej kratowo, by otrzymać lepszą odporność na szum.

Dla sprzężenia z interfejsem 7 adapter cyfrowy 5 zawiera głównie górną część (powyżej poziomej linii przerywanej) utworzoną przez cyfrowy nadajnik 11 oraz dolną część 12 utworzoną przez odbiornik cyfrowy. Sygnał wejściowy do cyfrowego nadajnika 11 jest doprowadzany ze źródła danych cyfrowych, takiego jak serwer 9 (fig. 1). Sygnał wejściowy cyfrowego nadajnika 11, który widzi przechodzące bajty reprezentujące informację cyfrową z serwera 9, jest dołączony poprzez bufor 13, gdzie wymagana jest adaptacja prędkości transmisji danych, do wejścia selektora 14 poziomu, którego wyjście stanowi wyjście cyfrowego nadajnika 11 cyfrowego adaptera 5. To wyjście cyfrowego nadajnika 11 cyfrowego adaptera 5 jest dołączone poprzez sieć 2 do wejścia części odbiorczej analogowego adaptera 6, która jest pokazana w górnej części 15 fig. 4, przy czym część nadawcza analogowego adaptera 6 jest pokazana w dolnej części 16 fig. 4.

Na swym wejściu (u góry fig. 4) odbiornik 15 analogowego adaptera 16 odbiera szereg analogowych impulsów poziomów napięciowych reprezentujących informacje nadawane przez adapter cyfrowy z fig. 3. Obecność filtrów w centrali telefonicznej 4 powoduje zakłócenia pomiędzy kolejnym impulsami. Dlatego trudno jest rozpoznać je i mierzyć ich poziomy.

Analogowy odbiornik 15 według wynalazku pokazany w górnej części fig. 4 zawiera dwie główne części: adaptacyjny cyfrowy filtr liniowy 17, który koryguje sygnał, przekształcając zniekształcone impulsy przychodzące z sieci poprzez filtr 18 oraz przetwornik analogowo-cyfrowy 19 w dobrze kontrolowany impuls, który zawiera zakłócenia tylko pomiędzy kolejnymi parzystymi (lub nieparzystymi) poziomami. Przykładowo wyjście Y_n z filtra korekcyjnego 17 w chwili _n jest określone przez jedno z następujących wyrażeń:

Y_n = X_n - X_n-2 (klasa IV) albo Y_n = X_n-X_n.₁-X_n.₂ + X,₁.₃ albo Y_n = X_n - 2X_n.2 + X_n^ lub przez podobne wyrażenie określone w sposób adaptacyjny, gdzie X_n reprezentuje poziomy nadawane przez adapter cyfrowy 5.

Ten system korekcji jest znany jako posiadający częściową odpowiedź klasy IV. Wynalazek umożliwia stosowanie takiej odpowiedzi w sytuacji bezpośredniej łączności pomiędzy adapterem cyfrowym 5 a adapterem analogowym 6.

Aby uniknąć błędnej propagacji przy odbiorniku, zalecane jest stosowanie różnicowego kodowania przy 14, co jest znane.

Ponadto, jeżeli ma być stosowany liniowy filtr korekcyjny 17, jego wybór należy do kompetencji fachowca.

W tym momencie pozostaje jeszcze do wyeliminowania zakłócenie międzyznakowe wyrażane przez zależność Y_n = X_n - Χ_π-2· W tym celu można zastosować dwa znane sposoby: korekcja z decyzyjnym sprzężeniem zwrotnym (DFE) oraz algorytm Viterbiego, reprezentowany przez blok 20.

Poziomy X_n produkowane przez centralę telefoniczną 4 nie zawsze są równe, jeśli chodzi o ich nominalne poziomy przewidywane przez prawo kwantowania. Odbiornik analogowy 15 musi zatem ocenić realną wartość każdego X_n, a te realne wartości muszą być użyte w korektorze z decyzyjnym sprzężeniem zwrotnym lub w korektorze Viterbiego 20. Ocena ta może być przeprowadzana przy użyciu odmian algorytmu najmniejszych kwadratów, realizowanego w bloku 21.

Należy zauważyć, że wartość rzeczywista każdego członu X_n musi być również stosowana w reduktorze echa 22 adaptera cyfrowego (fig. 3). W tym celu adapter cyfrowy 5 może również pracować z ocenianiem wartości rzeczywistych za pomocą bloku podobnego do bloku 21

182 269 z fig. 4, albo też może korzystać z odpowiednich informacji sterujących nadawanych przez adapter analogowy 6. Dla uproszczenia na rysunkach nie pokazano odpowiednich połączeń.

W drugim kierunku transmisji danych, to znaczy z adaptera analogowego 6 do adaptera cyfrowego 5. nadajnik 16 adaptera analogowego, pokazany w dolnej części fig. 4. wykorzystuje zegar 23 terminala 6, który odtwarza w swej sekcji odbiorczej 15. Zadaniem części nadawczej 16 adaptera analogowego 6 jest wytwarzanie sygnału analogowego, który po próbkowaniu przy braku szumu i echa byłby wartością łatwą do przewidzenia, która jest funkcją informacji cyfrowej nadawanej przez adapter cyfrowy 5.

Wynalazek przewiduje mierzenie odpowiedzi impulsowej pomiędzy adapterem analogowym 6 a centralą 4 przez adapter cyfrowy 5 i przekazywanie do adaptera analogowego 6 przez komunikaty sterowania. Na podstawie tych pomiarów adapter analogowy 6 syntezuje filtr cyfrowy 24, tak że całkowita odpowiedź (linia 8 plus filtry) jest znowu częściową odpowiedzią na przykład klasy IV, w szczególności odpowiedzią zmodyfikowaną w celu zapewnienia większej tłumienności w sąsiedztwie 0 Hz, w paśmie 0-60 Hz, albo blisko 4000 Hz. Technika ta jest znana jako wstępne odkształcenie. Filtr 24 ma również funkcję pomocniczą wytwarzania sygnału 16 kHz w szczególności z sygnału wejściowego 8 kHz przychodzącego z adaptera analogowego 6, tak aby ułatwić konstruowanie filtra analogowego 25, który jest usytuowany za przetwornikiem cyfrowo-analogowym 26, który wytwarza sygnał analogowy z sygnału cyfrowego.

Przy stosowaniu filtru 24 wstępnego zniekształcenia, równanie Y_n = X_n - X_n-2 (lub podobnego typu) znowu może być stosowane, gdzie Y_n oznacza teraz sygnał na centrali 4, a X_noznacza poziom wyjściowy z nadajnika analogowego 16. Y_n musi odpowiadać jednemu z poziomów prawa kwantowania Sj, aby zmniejszyć wpływ szumu. W konsekwencji musi być spełniana następująca zależność:

Xn ~ Xn-2 + Sj

Jeżeli nie podejmie się żadnych środków zaradczych, zależność ta może prowadzić do wartości X_n, które będą zbyt duże. Dla rozwiązania tego problemu istnieją różne sposoby objęte pojęciem kodowania liniowego, np. za pomocą kodera liniowego 27, w szczególności znanym sposobem Tomlinson-Haraehima. W tym punkcie fachowiec może łatwo wybrać jeden konkretny sposób.

Powyżej pokazano, że obecność echa może uczynić sygnał bardzo czułym na szum. Ważne jest zatem, by stosować system korekcji błędów, typowo kod modulacji kratowej. Można również rozważać zastosowanie kodu splotowego lub kodu blokowego.

Na centrali 4 sygnał Y_n (ewentualnie przerywany szumem i echem) jest kwantowany i kodowany na jednym bajcie, który jest przesyłany do części odbiorczej 12 adaptera cyfrowego 5, pokazanej w dolnej części fig. 3. Właśnie tu bajty są przekształcane do poziomów liniowych przez blok 28 konwersji liniowej (np. przy zastosowaniu prawa konwersji A). Wynikowy sygnał i ocena echa sygnału nadawanego przez cyfrowy nadajnik 11 są następnie przetwarzane w bloku dekodera 30. Zadaniem tego bloku jest ocena informacji przesyłanej przez adapter analogowy.

Sygnał liniowy jest kwantowaniem sumy sygnałów reprezentujących informacje cyfrowe przesyłane przez adapter analogowy plus echo sygnału przesyłanego przez adapter cyfrowy plus szum. Obecność kwantowania zapobiega eliminowaniu echa przez odejmowanie jak to jest robione w konwencjonalnych reduktorach echa.

W przeciwieństwie do konwencjonalnego sposobu, który polega na eliminowaniu echa przez odejmowanie i następnie dekodowanie sygnału pożądanego teraz konieczne jest zajęcie się łącznie problemami kompensacji echa i detekcji sygnału nadawanego przez adapter analogowy.

Przy stosowaniu modulacji kodowanej kratowo blok 30 może być w postaci algorytmu Viterbiego w celu szukania najbardziej prawdopodobnej drogi przez schemat kratowy. Wagi nadawane gałęziom schematu są stosunkami obserwowanych sygnału kwantowanych przy określonej ocenionej wartości echa i hipotezy odpowiadającej danemu odgałęzieniu.

Sygnał wyjściowy z bloku 30 jest przesyłany do użytkownika adaptera cyfrowego 5. ewentualnie poprzez bufor 31.

182 269

Jak pokazano na fig. 3, sygnał błędu (różnica pomiędzy sygnałem odbieranym a sygnałem idealnym) w bloku 30 algorytmu Viterbiego jest wykorzystywany do dostosowania filtru reduktora echa 22 i do oceny błędu spowodowanego przez słabą syntezę filtru 24 wstępnego zniekształcenia w adapterze analogowym 6. Informacje korekcyjne (kodowane z niską prędkością danych) są zwielokrotniane w selektorze poziomu 14 wraz z informacjami do użytkownika dołączonymi do wejścia adaptera cyfrowego 5 (kanał służbowy) i są wysyłane do adaptera analogowego 6. Są one wykorzystywane w adapterze analogowym do dostosowania filtru 24 wstępnego zniekształcenia.

Jak pokazano na fig. 4, sygnał błędu w bloku 20 odpowiadającym algorytmowi Viterbiego lub systemowi ze sprzężeniem zwrotnym decyzyjnym, jest wykorzystywany przez algorytmy adaptacyjne 34 do ustawiania filtru echa 22', adaptacyjnego korektora liniowego 17 i lokalnego zegara 23.

Oczywiście, jak w konwencjonalnej łączności modemowej, przy nawiązywaniu połączenia musi odbywać się wymiana sekwencji rozpoznawczych i uczenia. Służą one do inicjalizowania zegarów i filtrów adaptacyjnych. Trzeba również przewidzieć, by jedna lub druga z central telefonicznych 3 i 4 stosowała albo prawo A, albo prawo m, a ponadto konieczne jest odpowiednie dostosowanie systemu.

Z powyższego widać, że rozwiązanie według wynalazku osiąga swe cele i umożliwia dołączenie linii cyfrowej do linii analogowej w celu nadawania informacji cyfrowych bezpośrednio i tanio bez konieczności emulowania sygnału analogowego. Umożliwia to osiąganie transmisji danych z prędkością zasadniczo równą prędkości stosunkowo szybkiej linii cyfrowej, jednakże z przesyłaniem po normalnej linii telefonicznej.

182 269

Ą ADAPTER ANALOGOWY (6)

182 269

ADAPTER CYFROWY (5)

182 269

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób transmisji informacji między adapterem cyfrowym dołączonym do centrali sieci telekomunikacyjnej przez interfejs cyfrowy, w szczególności przez interfejs cyfrowy typu ISDN, a adapterem analogowym dołączonym do centrali sieci telekomunikacyjnej przez interfejs analogowy pracujący zgodnie z prawem kwantyzacji definiującym N, przykładowo N = 256, nominalnych wartości sygnałów analogowych i cyfrowych, gdzie danemu analogowemu poziomowi napięciowemu odpowiada określona cyfrowa grupa bitów sygnałowych, polegający na tym, że wysyła się z jednego z adapterów sygnał analogowy lub cyfrowy, odpowiednio, reprezentujący odpowiednią grupę bitów danych informacji przychodzącej ze źródła danych cyfrowych dołączonego do tego adaptera, przykładowo grupę 6 bitów danych, znamienny tym, że w adapterze cyfrowym wykrywa się błąd odpowiedzi impulsowej powstały między adapterem analogowym a interfejsem analogowym łączącym ten adapter analogowy z centralą, wysyła się z adaptera cyfrowego do adaptera analogowego komunikat sterowania reprezentujący ten błąd odpowiedzi impulsowej i w odpowiedzi na komunikat sterowania syntezuje się w adapterze analogowym filtr preemfazy tak, żeby odpowiedź impulsowa między interfejsem analogowym a adapterem analogowym zawierającym filtr preemfazy zsyntezowany w odpowiedzi na komunikat sterowania, była poprawna.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że z informacji przychodzącej ze źródła danych cyfrowych wybiera się n wartości sygnałów nominalnych jako reprezentacja odpowiednich grup bitów danych, przy tym n wartości sygnałów wstępnie wybiera się z N wartości sygnałów tak, żeby odstęp d_min między określonymi poziomami napięcia analogowego reprezentującymi odpowiednie grupy bitów danych był minimalny.
3. Adapter analogowy do transmisji informacji między adapterem cyfrowym dołączonym do centrali sieci telekomunikacyjnej przez interfejs cyfrowy, w szczególności przez interfejs typu ISDN, a adapterem analogowym przystosowanym do dołączania do centrali sieci telekomunikacyjnej przez interfejs analogowy, pracujący zgodnie z prawem kwantyzacji definiującym N, przykładowo N = 256, nominalnych poziomów napięciowych odpowiadających odpowiednim grupom bitów, zaś w jednym z adapterów znajduje się układ do pobierania grupy bitów danych, przykładowo grupy 6 bitów, reprezentujących informację pochodzącą ze źródła danych cyfrowych dołączonego do tego adaptera, a adapter jednego typu może wysyłać bezpośrednio przez sieć telekomunikacyjną do adaptera drugiego typu sygnał reprezentujący tę informację, przy tym jeden adapter wysyła sygnał analogowy do adaptera cyfrowego lub sygnał cyfrowy do adaptera analogowego, odpowiednio, znamienny tym, że zawiera układ do syntezowania filtra preemfazy (24) w odpowiedzi na otrzymany komunikat sterowania wysyłany przez adapter cyfrowy (5) w odpowiedzi na błąd odpowiedzi impulsowej wykryty przez ten adapter cyfrowy (5) tak, żeby odpowiedź impulsowa między interfejsem analogowym (8) centrali (4) a adapterem analogowym (6) zawierającym filtr preemfazy (24) zsyntezowany w odpowiedzi na wymieniony komunikat sterowania, była poprawna.
4. Adapter analogowy według zastrz. 3, znamienny tym, że zawiera układ do wykorzystywania n spośród N wartości sygnałów do reprezentowania odpowiednich grup bitów danych z informacji przychodzącej ze źródła danych cyfrowych, przy tym n wartości sygnałów uprzednio wybrano spośród N wartości sygnałów tak, żeby odstęp d_min między określonymi poziomami napięcia analogowego reprezentującymi odpowiednie grupy bitów danych był minimalny.
5. Adapter analogowy według zastrz. 3, znamienny tym, że zawiera nadajnik (16), w którym filtr preemfazy (24) jest połączony łańcuchowo z koderem liniowym (27).
6. Adapter analogowy według zastrz. 5, znamienny tym, że filtr preemfazy (24) jest dołączony, by zapewnić pomocniczy prąd sterowania, przykładowo sygnał 16 kHz. do filtru

182 269 analogowego dołączonego do wyjścia przetwornika cyfrowo-analogowego i przystosowany do połączenia do interfejsu analogowego (8), aby przeprowadzić syntezowanie filtra analogowego.
7. Adapter analogowy według zastrz. 3, znamienny tym, że filtr preemfazy (24) jest filtrem o częściowej odpowiedzi impulsowej klasy IV.
8. Adapter analogowy według zastrz. 5, znamienny tym, że zawiera ponadto odbiornik (15), którego korektor wyjściowy (20) jest dołączony do filtra preemfazy (24), zapewniając częściową odpowiedź impulsową klasy IV w odpowiedzi na sygnał wejściowy z filtra preemfazy (24).
9. Adapter analogowy według zastrz. 5, znamienny tym, że odbiornik (15) zawiera adaptacyjny korektor liniowy (17), którego wejście jest dołączone do wyjścia przetwornika analogowo-cyfrowego (19), a wyjście jest dołączone do wejścia korektora wyjściowego (20) dołączonego do terminala (35), wyjście korektora wyjściowego (20) jest dołączone do adaptacyjnego korektora liniowego (17) tworząc sprzężenie zwrotne i zapewniając częściową odpowiedź impulsową klasy IV do wejścia z przetwornika analogowo-cyfrowego (19).
10. Adapter analogowy według zastrz. 8, znamienny tym, że korektor wyjściowy (20) jest korektorem o decyzyjnym sprzężeniu zwrotnym lub korektorem Viterbiego.
11. Adapter cyfrowy do transmisji informacji między adapterem cyfrowym przystosowanym do dołączenia do centrali sieci telekomunikacyjnej przez interfejs cyfrowy, w szczególności przez interfejs typu ISDN, a adapterem analogowym dołączonym do centrali sieci telekomunikacyjnej przez interfejs analogowy pracujący zgodnie z prawem kwantyzacji definiującym N, przykładowo N = 256, nominalnych poziomów napięciowych odpowiadających odpowiednim grupom bitów, zaś w jednym z adapterów znajduje się układ do pobierania grupy bitów danych, przykładowo grupy 6 bitów, reprezentujących informację pochodzącą ze źródła danych cyfrowych dołączonego do tego adaptera, a adapter jednego typu może wysyłać bezpośrednio przez sieć telekomunikacyjną do adaptera drugiego typu sygnał reprezentujący tę informację, przy tym jeden adapter wysyła sygnał analogowy do adaptera cyfrowego lub sygnał cyfrowy do adaptera analogowego, odpowiednio, znamienny tym, że zawiera układ do wykrywania błędu odpowiedzi impulsowej, pojawiającego się między adapterem analogowym (6) a interfejsem analogowym (8) łączącym ten adapter analogowy (6) z centralą (4) oraz układ do nadawania do adaptera analogowego (6) komunikatu sterowania reprezentującego wykryty błąd.
12. Adapter cyfrowy według zastrz. 10, znamienny tym, że zawiera układ do wykorzystywania n spośród N wartości sygnałów do reprezentowania odpowiednich grup bitów danych w informacji przychodzącej ze źródła danych cyfrowych, które to n wartości sygnałów uprzednio wybrano spośród N wartości sygnałów tak, żeby odstęp d_min między określonymi poziomami napięcia analogowego reprezentującymi odpowiednie grupy bitów danych był minimalny.
13. Adapter cyfrowy według zastrz. 10, znamienny tym, że zawiera nadajnik cyfrowy (11) z koderem liniowym i odbiornik cyfrowy (12) z dekoderem liniowym, którego wejście jest przystosowane do dołączenia do wyjścia z interfejsu cyfrowego (7), a wyjście dołączone do bloku dekodera (30), którego jedno wyjście jest dołączone by zapewnić komunikaty sterowania do adaptera analogowego (6) a drugie wyjście jest połączone ze sprzętem użytkownika (9).

* * *