多時段同步傳訊的製作方法

2023-08-13 14:35:36

專利名稱：：多時段同步傳訊的製作方法
技術領域：
：本發明為對中國專利申請92114053.3及[多頻帶同步傳訊]的研究和改進，屬於電子通訊
技術領域：
。第一要在通帶內建立多個基頻以構成多個子通帶。各基頻由低到高依序為f1＜f2＜、、、＜fi＜fi+1、、、＜fj共j個基頻，若基頻f1帶寬為bi，那麼bi和bi+1之間應該留有間隙，構成以各該基頻為中心頻率的各個子通帶。第二設總共需要傳遞的信息為A，將A不重複不遺漏地依前後順序分為A1，A2，A3，、、、，Ai，Ai+1，、、、，Aj即A1為A的時間上的第一段子信息，A2為A的跟在A1之後的第二段子信息，、、、，Aj為A的最後一段子信息。任兩個相鄰子信息段，如Aj、Aj+1之間，沒有重疊也沒有間隔以保證A的各個信息分量能被不重複也不遺漏的傳遞，即A1+A2+A3+、、、+Aj＝A。這樣，在頻率高低方向上分段構成不同頻段通帶，在時間先後方向上分段構成信息的不同時間段——以下稱時段。前者屬於空間分『段』，後者屬於時間分段。信息在不同的空間分段和時間分段組合中傳輸，傳輸速度決定於每段信息容量與每單位時間傳輸多少段的乘積。研究方向因此無非三個；第一是如何增加每段容量a，第二是如何增加每單位時間傳輸段數j，第三是a.j統籌，使其乘積達到最大值。甲，增加每段容量a的方法；1，壓縮編碼，或者改變編碼方式，用單位碼字表示更多的持續長度，或者對目前通用編碼——如MH碼做成編碼後再壓縮，壓縮得更短，每段就可裝入更多信息。顯然，編碼後，信息成為1和0的連串序列，以mh表示。把1看成一個黑象素，0看成一個白象素，就成為新的交替的黑、白持續長度序列，可以對這個序列做第二次壓縮，對於幅面A4結尾碼和組合基幹碼，最大黑連續長度為8，最大白連續長度為9，線終碼另行表示，共17種，因此，二次編碼----以下稱ZYE1碼的編碼原則仍是碼字比其持續長度更短。實施例1；按表1確定ZYE編碼表1續上表按ZYE1編碼後，MH編碼後的數字序列mh就變成更短的數字序列——以下以zye1表示。要注意的，Zye1中的每個碼字要加「字標」，以將一個個碼字區分。如圖1Zye1的100001，是表示mh的111111000000而不是1000000001，將zye1的相鄰的兩個碼字以加頂標「一」和加底標「_」區分開來，頂、底標交錯出現，例如；以頂、底標的碼字之間的間隔來區分，間隔可用載波的特高波幅或零波幅或以相位差表示；頂、底標碼以載波的不同波幅電平表示，例如以高電平波幅表示頂標，低電平表示底標，等等。實施例1的ZYE1編碼，還注意到表示,mh連續的1、0的ZYE1碼字的左首位分別是1、0，這樣就能保證ZYE1的任何一個很連續的數字1前0串，最多跨越相鄰的兩個碼字，不會跨越3個mh碼字。根據同樣的上述方法，可以對zye1以zyE2編碼做『三次壓縮』，得到的數字序列為zye2。zyE2碼可有多種編法，但編碼原則同上述，也仍可參考表1方式，ZyE1與zyE2編碼有相同時，對於電路實現是經濟的，同一電路可在編(解)碼時使用兩次，而不是使用兩個不同的電路。表的ZYE1碼注意儘量使zye1的1(或0)連接起來，就是為zYE2對zye1的1、0連續長度做『三次壓縮』。問題是zye1的一個1或0的連續長，常是跨越兩個相鄰的ZYE1碼字，因此zge2的字標要表示出連續長中屬於前、後Zye1碼字的部分是一樣長、前長後短還是前短後長這樣三種基本狀態，如圖2的例子，圖2(a)的5個連續0是前1後4即前短後長，zye2用升頂標「/」』表示；圖2(b)zye1的3個連續0是前長後短，zye2用降頂標「\」表示；圖2(c)zye1的4個連續0是「前後等長」，zye2用平底標「_」表示，若同是前短後長，但短、長組合不同，例如5個連續0不是圖2(a)前1後4，而是前2後3，那麼可用另一個斜率的升頂標或升頂標「//」表示，前長後短也是同樣。表示方法可有多種。同上述，字標的信號標記可有多種，例如用波幅漸升的載波表示升頂標，降幅載波表示降頂標；或者不同的升、降頂標，不同的平頂、底標，都用不同的載波幅度電平表示，等等。用上述方法，還可用ZYE3編碼對zye2做『四次壓縮』，得到壓縮後數字序列；再用ZYE4對zye3做「五次壓縮」，得到壓縮後數字序列zye4；用ZyEn對zyen-1做「n+1次壓縮」，得到最終數字序列zyen，只要發送端編碼幾次，接收端按同樣規則對應解碼幾次(以ZYEn解碼ZYEn，以ZYEn-1解碼ZYEn-1，、、、、、以ZYE1解碼ZyE1，以MH解碼MH，就能無邏輯錯誤地傳輸，這樣實現疊次壓縮。壓縮次數越多，壓縮後最終數字序列越短，但壓縮率逐次遞減，故不必壓縮過多次。上述壓縮方法是在數字序列的長度上做壓縮，可叫做一維壓縮，或一維多次壓縮。2，二維壓縮用上述一維多次壓縮之後，1和0的持續長度絕大部分都短到1，2，很少有3了，壓縮比區於飽和，再想大幅度壓縮，就要用二維壓縮方法，即將數字序列如第2所述分成段，各段等長，再依序將各段按時序從上到下疊起來，形成數字矩陣，再從矩陣的縱向即列的方向做壓縮，例如圖3那樣，圖3(a)是一串25個數字的序列，它的1，0持長已經很短了，多數是1與0的間隔排列了。將這25個數字依順序分成5段，第1段『10110』作為第1.行…得到圖3左部的5×5矩陣，12345表示行號，一二三四五列號。由於圖3數列是大部1與0間隔排列的，因此排成的圖3(b)矩中，從列的方向看，只要將某些行「左移」1位或「右移」1位，列方向上就出現大量的長連續的1或0，例如圖3(b)左矩陣第1行右邊「→」箭頭表示該行右移1位，因此右端的0越過左矩陣的右虛線，把這個越線的0調到(圖中弧箭頭所示，下同)該行另一端的空位，該行成為右矩陣第1行的「01011」。同理第3行右移1位第4、5行各左移一位左端數字調到右端空位，這樣構成圖3(b)的右矩陣，從列的方向看，右矩陣列向1或0是大部分長連續的，這為再次壓縮提供可能，將右矩陣按列的方向和順序展成一行，第一列為第一段「00001」，第二列為第2段「11111」，、、、、、，第五列為第5段『10000』，就得到圖3(c)的數列，再用上述規則編碼壓縮，得圖3(d)之zye1，具體編碼規則尚可具體為實施例2；zye2的1個碼字完全表示原(zye1中的)1個碼字的加平底標，如以01表示000；zye2的數字只表示原某碼字一部分的，不加字標，如以1表示100的左部；zye2一碼字跨zye1兩個碼字的，如前所述，表示「左長右短」用降頂標，而「左短右長」則用升頂標如表示圖3(d)左2右3的一串5個0，這樣得到壓縮後數列zye2如圖3(e)所示，只有10個數字長了。同前所述，解螞可對應進行，即以圖(e)的zye2數列根據ZYE2如實施2解碼得到圖3的zye1，再用ZYE1解碼得圖3(c)數列，再用「第1段對應第一列，第2段對應二列、、、、、、」的段——列對應規則解碼得圖3(b)有右矩陣，再根據移行規則解碼得左矩陣，移行規則可以是實施例3凡左移一行的，在移後矩陣內該行左側加「2」，右移一行，在移後矩陣內該行左側加「3」，不移則加「4」，行的左、右移鈞只移1位，並如前述將移動方向末位數字調到移動方向首位的空位上來。按這個規定，圖3(b)右矩陣成為圖4(a)矩陣，左多了一列叫「移行列」34322，按列展開成圖4(b)所示，再壓縮時，移行列仍放在數列左端，如圖4(c)所示，如再壓縮，仍放在數列左端，如圖4(d所示，這樣，移行列不僅在解碼時容易將移行矩陣變換解碼出來，且也成為一個個矩陣展開成數列連在一起後，各個矩陣數列間的分隔標記。至於移行列所用標記2，3，4用什麼方法表示出來，可以有多種方法，例如，用載波的不同波幅電平分別表示2，3，4，或用不同的移相相位分別表示2，3，4，或仍用1與0的組合表示。二維壓縮的矩陣，行較長而列較短時，移行列的增加就能帶來更大的壓縮價值。同樣的原理，二維壓縮後得到的又是1，0間隔頻密的數列，這個數列再行二維壓縮(分段列成矩陣、移行、按列展開後再壓縮)，相當於平面矩陣疊起來形成三維空間矩陣壓縮，是三維壓縮，壓縮後所得數列可再行四維壓縮……，…，、、、、、、，如此依據上述規則，直至n維壓縮後得到最終數列。n維壓縮原理本質上是將數列做n維空間分段後壓縮，每維壓縮之壓縮方向是相互正交的，因此，在理論上是不趨於壓縮比飽和的，但實際上受到碼字標記、移行列標記方法優劣的限制，終會飽和。通常使用二維、三維壓縮會有很好效果，更高維數之壓縮比仍會遞減。按本發明方法壓縮後，不僅數字序列縮短，而且碼字種數大為減少，例如MH有結尾碼加組合基幹碼碼字196種(組合碼字數千種)，而實施例1的碼字只有18種，可有不同的具體編碼方法，碼字種數趨更少，多次、多維壓縮後的碼字種數也大為減少，後面將看到，這對於分段傳輸的意義。乙、增加單位時間傳輸段數j的方法本發明人在中國專利申請[多頻帶同步傳訊](以下簡稱「多文」)中，提出以傳輸頻段內不同子通帶fi分別同步傳輸信息不同段落Ai的方法。本發明再予補充和改進。1.以時域有限長之正弦信號通過一個窄帶濾波器，它的頻域展開的無限寬頻譜中在窄帶之外的頻率分量不得通過，時域有限長信號之起始、結束時之衝激函數快速變化(高頻)分量失去，變化的低頻分量之表現與信號對線性時不變網絡激勵產生之過渡過程響應歸於一致，如圖5(a)所示，左圖t為時軸，y為幅軸，(下同)正弦信號自t0時刻開始，通過窄帶(見右圖)有相位延遲而始自t1，波幅漸增如虛線而趨於恆波幅之穩態，圖5(b)左圖正弦信號至te結束，經窄帶濾波器如圖有相位延遲至t2開始波幅衰減如虛線而趨於零，即經窄帶濾波器後，原正弦信號開始的時刻t0表現為波幅始增的時刻t1，原正弦信號結束的時刻te表現為波幅始衰的時刻t2。那麼離散出現之一段段有限長正弦信號經窄帶濾波器後，無信號之間隔Ts之始、末時刻可由波幅始衰、始增始刻表現，無論相移多少，無信號之間隔長度被正確表示為始衰、始增始刻間之時間。例如圖6所示，左圖為幅恆等頻正弦波為一段段離散之時間有限長度信號，長度為Ti的一段終於時刻te，長度為Tz的一段始於時刻t0，長度為T2的一段始於時刻t0，自te至t0為無信號之空白間隔，其時間長度為Ts。通過窄帶濾波器後，設無相移延遲，那麼T1終點te為波幅始衰時刻，T2起點t0為波始增時刻，如虛線示，間隔to-te＝Ts正確表現出空白間隔長度。若有(時不變)相移，te.t0等值後延，而Ts仍不變。至於如何發現和確定始衰點te、始增點t0，方法可有多種，例如抽樣法實施例4在接收端建立與發送信號正弦波y1同頻、同相、同幅的正弦波y0為基準，見圖7，按一定間隔就接收到y1和y0的信號電平之瞬時值抽樣，那麼自te時刻起，二者瞬時值絕對值之差函數y＝|yc|-yt|將開始按其確定規律增大，如圖7，y(te2)＞y(te1)＞y(te)而y(te)＝y(te-1)，由此確定te，並能夠排除幹擾信號的不符合上述某確定規律隨機起伏的影響。抽樣間隔足夠小時精確度即足夠。至於這種抽樣比較方法的電路實現，在技術上早已成熟，例如在數字濾波器的應用。該方法同樣可應用於始增點t0的判斷和確定。當通帶很窄時，te後y1衰減很慢，差函數y的數值很小，增加了抽樣判別的困難。為此可預定每次自t0時刻開時後，信號波y1和標準波y0都是按同一規律增幅的正弦波，y1自te衰減，而y0仍按確定規律遞增，那麼將拉大y1與y0之差，使y值增大，從而使抽樣判別變得容易。t0後，y0又按確定規律自y0(t0)值，從頭開始從小到大地遞增其幅度。由上述，雖然濾波器通帶遠窄於圖6左時域有限長離散信號的頻譜寬度，但用上述方法，仍可準確確定te、t0點據以還原出圖6信號，對於確定頻段內，子通帶頻帶允許變窄，意未著可以增加子通帶的數目，即增加了本發明所述單位區間內段數j，不過這裡是增加頻域內分段的段數。2，乙1中所述窄帶傳遞方法，可應用到很高的頻段以實現無線傳遞。而由於通帶窄，可以容納很多個通帶，每個子通帶再做時分段，可以容納很多用戶。如實施例5以乙1方法做用戶交換站之間無線傳真通訊，某子通帶中心頻率500MHZ，帶寬小於1MHZ，傳遞如圖6左的正弦波每5個周期切斷一次，以每次切斷所得自te至t0的間隔長Ts的長短表示一個ZyE2碼字，Ts不大於2個周期，以平均6個周期傳1個ZYE2碼字計算每秒可傳8300萬碼字。若以0.001秒(約18頁)為一個時分單元傳輸一個用戶要求傳送的報文，則每秒可服務1000個用戶，已可滿足一個大都市的傳真通迅要求。每個用戶的無線傳真機都有一個預定的特徵編碼，用以代替電話號碼，加在報文前，用以識別和接受、開啟、發送、計費等，為了開啟傳真機迅速，應使用帶有該特徵編碼的電子開關。此外，除通常傳真機電路，本發明涉及部分的編、解碼電路和調製電路，無線傳真機還應有超短波高頻放大、變頻、中頻放大電路等等，均為成熟技術可實現者，不予細述。上面是說以時分段服務不同顧客，如不夠，還可以頻分段，例如自500MH起設立如上述10個子通帶則每分鐘可服務60萬個用戶。若不用本發明方法，上述每個字6個周期的調製速率，將使帶寬達167MHz以上，就難以實現。3、以子通帶表示確定的碼字或是確定的時序地址，就使不同通帶本身成為標識不同信息的工具，造成了信息的非時間傳輸，等效增加信息時間傳輸密度。為利於理解，通過下例引述實施例6經甲所述方法壓縮後的數列共有10種碼字，有4種字標用來標誌碼字。需傳報文為10頁A4文件共3萬個碼字。使用自1800Hz至3400Hz頻段普通電話線路，分為40個子通帶，子通帶寬約40HZ，以其中心頻率自低到高依次標記為f1，f2，、、、、、f4。將3萬個碼字按時間前後順序分為750段，第1至第40個碼字為第1段，記為a1，第41至第80個碼字為第2段記為a2，、、、，第29961至第30000個碼字為第750段記為a750段，第j段的第i個碼字記為Cj-i，例如第50段的第3個碼字記為C50-3。以子通帶f1傳遞每段第1個碼字Cj-1(j＝1，2，3，、、、，750，下同)，以子通帶f2傳遞每段第2個碼字Cj-2，、、、以f40傳遞Cj-40，若用ΔT＝2ms(對頻率約2000Hz的子通帶，相當於四個周期)傳遞一個碼字，而該碼字必是10種字中的一種，即是2mS傳遞一段，每字通帶在每段(2ms)內只需標明一個碼字及其字標即可，如以n表示碼字是第n種，本例中共有10種碼字，n＝1，2，、、、，10；以m表示碼字上有第幾種字標，本例共有4種字標，m＝1，2，3，4，而碼字Cj-i的n，m值記為Cj-i＝(n，m)。例如第3段第2個碼字是第7種碼字，第2種字標，記為C3-2＝(7，2)那么子通帶f2隻需在第4ms末至第6ms末時段內即在第3段時段內，標出7，2兩個數值即可，需用2個狀態變量，例如1個狀態變量是第j段內信號波停止時刻tej，表示n，本例中令tej＝ΔT(j-1)+ΔT/2＋ΔT·n/40另一個狀態變量是第j段內信號波再開始時刻toj，表示m，本例中令toj＝tej＋ΔT·m/20＝tej＋TsjTsj為第j段信號波停止間隔，則表示C3-2＝(7，2)，算得te3＝5.35ms，To3＝5.55ms，即子通帶f2的信號波在第3段的5·35ms時停止，自5.55ms時又開始，如圖8所示，表示出C3-2＝(7，2)這樣，40個子通帶每一個ΔT時間就傳輸一段40個碼字長的信息，750段共用1500ms。接收端需有對應40個子通帶頻率的40個窄帶濾波器，將接收到的信號解碼後依時序在對應的儲存器儲存起來，例如第2個濾波器經解碼後將輸出子通帶f2輸去的碼字C1-2，C2-2，C3-2，，、、、，C750-2，各子儲存器在控制器控制下按段自先至後提取各子儲存器的碼字，連接成數列C1-1，C1-2，、、、，C1-40，C2-1，C2-2，、、、，C2-40，、、、，C750-1，C750-2，、、、，C750-40，40×750個碼字。此方式在本發明人的先有中國專利申請[多頻帶同步傳迅]中已有詳述。狀態變量除上述tej、toj以外，還可以有信號波波幅、波幅的增減率，以及toj在前、tej在後——此方式則每段初始、結束時是兩個長度可變之無信號空白間隔，等等。狀態變量增加，可以使每時段傳輸2個或更多的碼字，提高傳輸速度。子通帶除上述表示確定的時序地址(時間上第幾個碼字)外，還可表示確定的碼字種別n，例如以子通帶f1表示第一種碼字(n＝1)，、、、。此時子通帶fi在時序上將依次自前向後表示碼字數列的哪一個碼字是n＝i的，不過n＝i的碼字不是每段必有一個，其間隔可能忽疏忽密，表達所用狀態變量的取值範圍可能較大。丙、提高傳輸速度的綜合方法1、減少出錯誤。以誤率W＝傳錯的信息/傳輸信息總數來表示傳輸出錯的比率。顯然，提高傳輸速度的方法中有許多是易於造成誤率加大的。因此評定傳輸方法要用綜合品質指數Q＝速度提高的倍數/誤率加大的倍數，Q提高且Q＞1的提高才蒜有真正的進步。怎樣提高Q呢？對於圖文傳真，傳真機內線路質量高、受幹擾小，誤率小到可忽略成度。而外部傳輸線路如電話線路卻易受很大幹擾，產生較大誤率。為提高Q本發明提出「多遍傳輸」方法。幹擾是千變萬化的，很難重複在同一點上，正如古西臘哲學家赫拉克立特所說「人不能兩次涉入同一河流」。就象水流的形狀，一去不回。若第一遍傳某段信息而某碼字傳錯的概率為P，那麼傳第二遍仍錯該碼字的概率為這兩個獨立事件都發生概率P2＝P2，傳K遍都錯該碼字之概率Pk＝Pk。此原理用於提高Q，用法之一是例如實施例7將同一信息(段)傳3遍。由於正確只有一種，幹擾形成錯誤各不相同，按「三局兩勝」法則，三遍皆相同的碼字是正確的，三遍皆不同的碼字是錯誤的，有二遍相同的碼字也認為是正確的(相同錯誤的概率低到可以忽略)，那麼錯率就由一遍傳輸的P，減小到P2，可提高Q值。例如當錯率是每一萬個碼字要出一個錯時，即W＝10-4。一萬個碼字的一段信息，傳三遍而出現「三遍皆不同」(即錯兩次)的碼字的概率是W2＝10-8。那麼，如有一方法(如乙、1)令傳輸速度從1000碼字/秒提高到3，000碼字/秒相應錯率從萬分之一提高到萬分之三，該方法Q=3/3=1。而用「三局兩勝法」，將這一萬碼字傳三遍，仍用10秒鐘，但錯率降到(3×10-4)2＝9×10-8即億分之九，則Q＝1/(9×10-8/10-4)＝1111，而若將速度及錯率都提高到原來的10倍，用「三局兩勝」法時，Q＝(10/3)/(10-3×10-3/10-4)，顯然本方法令Q大為提高，特別適用於本發明之在採用高速傳輸方法後濾清錯誤。由於本方法可確定哪個信息單元(如碼字)是傳錯了(如三局兩勝法的三遍皆不同的碼字)，就可以將錯字地址發回發送端要求再傳該字，從而一一糾正錯誤，形成高速無錯傳遞。2、其它方法2、1由於99％以上傳真圖文是文字，每頁的天、地頭及字行間是自左端至右端的全線白象素(A4幅面為1，728白)，這種全線白可不加碼字表示，即線終EOL直接連接，以EOLEOLEOL、、、表示這裡是全線白。或者用EOL、N、EOL表示有N條連續的掃描線是全線白，N用特定碼字組表示。2、2由於所有待發送信息都先存儲起來，所以現傳真規定的每條全編碼掃描線最小時間20ms及填充碼是不必要的，存儲之每線的掃描時間是多少就是多少，不必等候拾取與記錄，用本發明方式編碼後，通常遠小於每線20ms。同理，頁間信號佔用時間、訓練時間、報文前後的規程時間等，都可由存儲得已知信號狀況予以大幅壓縮。2、3為避免各頻帶信號之間的頻譜重疊造成的幹擾及外界幹擾，形成前述te、to間空白間隔Ts的方法，可以是在發送輸出線端OUT(見圖9)加入針對某頻率fi的濾波器，例如圖9中電感Li與電容Ci串連諧振於fi，內阻為Ri，當電子開關Ki閉合時，信號源S之廣譜信號中在OUT端將缺少Fi分量，即可讓Ki在te閉合、to斷開，即形成Ts長度的fi信號的空白間隔。這是用「徹底消除」方法來代替「防止產生」的方法，用來對付諧波及幹擾更有效。因為高調製速率雖然產生寬譜頻率分量，但本發明只是利用某一個頻率分量在某時刻的「有」、「無」來傳遞信息。如乙1方法的本質就是用信號在接收端產生之有規律畸變的形態及始、末時刻，來確定信號出現的始末時刻，而確定預知形式的信號的形態及始、末時刻即還原出該信號。始是「有」之始，末是「無」之始，反之亦然。這是以利用規則化失真的傳遞來代替寬帶不失真傳輸而實現窄帶不失真傳遞。本發明所述各方法是可以相互疊加、組合使用的。本發明方法可用於有線、無線傳真、電腦網際網絡傳遞、各種控制信號的傳遞。權利要求1.一種壓縮信號編碼長度的方法，被壓縮之編碼具有以相同或不同的持續長度交替出現的1和0或黑和白的序列，並絕大部分是這樣的序列，其特徵是，對這樣的序列的1和0或黑和白的持續長度予以長度更短的數字、字標表示，從而使得到的信息序列長度變短。2.權利要求1所述的方法，其特徵是將壓縮對象序列分段之後列成矩陣，再行移行，使列向持續長度變長，而能予以再壓縮。3.一種壓縮信號傳遞頻帶寬度的方法，使頻帶寬帶遠小於其應有寬度，其特徵是，以信號在接收端產生之有規律畸變失真的形態及始末時刻根據預知的失真形態與信號形態間的對應關係，確定該信號的形及其出現的始、末時刻，從而還原出該信號，而不是直接地、不失真地用寬通帶表達出該信號本身。4.權利要求3所述的方法，其特徵是，在發送端以開關接入某頻率分量的濾波器，以該開關通、斷的控制，實現該頻率的有、無。5.權利要求1、2、3、4所述的方法，依據這種方法製成的電路和產品，其特徵是，它們是應用於有線或無線圖文傳真機、電腦網際網絡傳輸機及控制信號傳送機構的電路和產品。全文摘要對編碼後的信息序列的不同信息持續長度再壓縮，以更短長度的信息表示之；將信息序列分段列成矩陣再移行，從列向再壓縮，以實現多維壓縮；以預定失真行態、以窄通帶不失真地傳輸本需寬帶傳輸的信號。文檔編號H04B1/66GK1161608SQ9610159公開日1997年10月8日申請日期1996年4月3日優先權日1996年4月3日發明者鄭悅申請人:李蘊藻,鄭悅