СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ДИСКРЕТНОГО СООБЩЕНИЯ В СИСТЕМАХ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ Российский патент 2007 года по МПК H04L1/16 

Изобретение относится к области радиосвязи, электросвязи и вычислительной техники, а конкретнее к области способов и устройств передачи информации в вычислительных сетях.

Известны способы передачи дискретного сообщения в системах с обратной связью (см., например, [1], стр.395-427, патент на изобретение №2239289 от 27.10.2004 [2], патент на изобретение №2239951 от 10.11.2004 [3]).

В известных способах при наличии искажений информации используют повторную передачу сообщений. При этом по каналу обратной связи передают либо принятые сообщения (системы с информационной обратной связью) либо решение о правильном или ошибочном приеме сообщений (системы с решающей обратной связью). Применение обратной связи обеспечивает высокую достоверность передаваемой информации.

В системах с обратной связью избыточность зависит от реального отношения сигнал/помеха и является величиной случайной, поскольку ее вводят по мере возникновения ошибок. В связи с этим при прочих равных условиях избыточность в системах с обратной связью может быть значительно меньше избыточности, вводимой в каждую кодовую комбинацию, для обнаружения и исправления ошибок и достаточной для заданной достоверности передачи информации [1].

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ, описанный в [2]. Способ заключается в том, что на передающем конце линии связи осуществляют деление входного сигнала на блоки длиною n-бит, формируют дискретное сообщение в виде последовательности блоков-символов длиною n-бит, формируют копию дискретного сообщения путем кодирования каждого символа дискретного сообщения в соответствии с формулой:

символы a, β - это числа, записанные в виде знаков двоичной системы счисления и представленные в виде последовательности (комбинации) нулевых и единичных бит,

а_i, β_i - символ и закодированный символ, соответствующие данному блоку дискретного сообщения,

β_i-1 - закодированный символ предыдущего блока дискретного сообщения,

добавляют к каждому символу дискретного сообщения и его копии по одному биту для проверки их на четность, запоминают и передают дискретное сообщение и его копию по линии связи, а на приемном конце линии связи запоминают принятое дискретное сообщение и его копию, декодируют каждый символ принятой копии дискретного сообщения в соответствии с формулой:

сравнивают символы принятого дискретного сообщения с декодированными символами копии дискретного сообщения, при этом если есть расхождения в сравниваемых символах и нет расхождений в двух смежных символах, то осуществляют корректировку ошибочно принятых символов и заменяют искаженные символы дискретного сообщения на декодированные символы копии дискретного сообщения, а если имеются расхождения в двух смежных символах, то корректируют ошибочно принятый символ копии дискретного сообщения или два смежных искаженных символа принятого дискретного сообщения, передают по каналу обратной связи информацию на продолжение передачи последующих дискретных сообщений, если все ошибочно принятые символы дискретного сообщения и его копии будут скорректированы, передают по каналу обратной связи информацию на повторную передачу дискретного сообщения и его копии, если возникли расхождения в трех и более смежных некорректируемых символах принятого дискретного сообщения и декодированной копии дискретного сообщения.

Однако способ-прототип имеет недостаток. При наличии сильных коррелированных мультипликативных помех в линии связи, обусловленных замираниями сигнала в KB диапазоне волн, может искажаться последовательно много (более трех) символов сообщения. При этом резко уменьшается скорость передачи информации, так как исключается возможность корректировки всех ошибочно принятых символов сообщения, что приводит к резкому возрастанию среднего числа передач каждого сообщения, обеспечивающего требуемую надежность связи.

Таким образом, в изобретении решается проблема повышения скорости передачи информации в условиях сильных коррелированных мультипликативных помех в линии связи.

Это достигается тем, что в известном способе передачи дискретного сообщения в системах с обратной связью, заключающемся в том, что на передающем конце линии связи осуществляют деление входного сигнала на блоки длиною n-бит, формируют дискретное сообщение в виде последовательности блоков-символов длиною n-бит, формируют копию дискретного сообщения путем кодирования каждого символа дискретного сообщения в соответствии с формулой:

символы а, β - это числа, записанные в виде знаков двоичной системы счисления и представленные в виде последовательности (комбинации) нулевых и единичных бит,

а_i, β_i - символ и закодированный символ, соответствующие данному блоку дискретного сообщения,

β_i-1 - закодированный символ предыдущего блока дискретного сообщения,

добавляют к каждому символу дискретного сообщения и его копии по одному биту для проверки их на четность, запоминают и передают дискретное сообщение и его копию по линии связи, а на приемном конце линии связи запоминают принятое дискретное сообщение и его копию, декодируют каждый символ принятой копии дискретного сообщения в соответствии с формулой:

сравнивают символы принятого дискретного сообщения с декодированными символами копии дискретного сообщения, при этом если есть расхождения в сравниваемых символах и нет расхождений в двух смежных символах, то осуществляют корректировку ошибочно принятых символов и заменяют искаженные символы дискретного сообщения на декодированные символы копии дискретного сообщения, а если имеются расхождения в двух смежных символах, то корректируют ошибочно принятый символ копии дискретного сообщения или два смежных искаженных символа принятого дискретного сообщения, передают по каналу обратной связи информацию на продолжение передачи последующих дискретных сообщений, если все ошибочно принятые символы дискретного сообщения и его копии будут скорректированы, передают по каналу обратной связи информацию на повторную передачу дискретного сообщения и его копии, если возникли расхождения в трех и более смежных некорректируемых символах принятого дискретного сообщения и декодированной копии дискретного сообщения, согласно изобретению выбирают длину блока-символа дискретного сообщения в условиях сильных коррелированных мультипликативных помех в соответствии с формулой n≥k-1, где k - длина интервала группирования ошибок, характеризующаяся числом последовательно искаженных бит, при этом для корректировки ошибочно принятых символов используют неискаженные символы принятого дискретного сообщения и его копии, а для определения ошибочно принятых символов дискретного сообщения и его копии используют свойство размножения ошибок при кодировании дискретного сообщения и декодировании копии дискретного сообщения на приемной стороне, а также проверку принятых символов на четность.

В совокупности признаков заявленного способа используются следующая терминология и обозначения:

- дискретное сообщение - это сообщение, записанное в двоичном коде и представленное сигналом в виде последовательности нулевых и единичных бит;

- символ - это число, записанное в виде знаков двоичной системы счисления и представленное в виде последовательности (комбинации) нулевых и единичных бит;

- отношение сравнимости (аb(mod р)) - а сравнимо с b по модулю р: два числа а и b называются сравнимыми по модулю р, если при делении обоих чисел на р их остатки равны;

- сложение чисел а и b по модулю р означает, что два числа складываются обычным образом, а их сумма переводится в конечное множество с помощью сравнения по модулю p.

Эти отличительные признаки по сравнению с прототипом позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "новизна".

В предлагаемом способе передачи дискретного сообщения в системах с обратной связью перечисленная совокупность существенных признаков в указанном порядке обеспечивает высокую скорость передачи информации, так как сокращается среднее число передач каждого сообщения, поскольку для используемого способа кодирования символов сообщения в условиях сильных коррелированных мультипликативных помех исключается ошибочный прием более чем в двух смежных символах дискретного сообщения и его копии. При этом если отсутствуют искажении в двух смежных символах принятого дискретного сообщения и двух смежных символах принятой копии дискретного сообщения, то все искаженные символы дискретного сообщения и его копии будут скорректированы. Для определения ошибочно принятых символов используется свойство размножения ошибок при кодировании и декодировании символов дискретного сообщения на приемной стороне. Если произошел ошибочный прием какого-то одного из символов копии дискретного сообщения, то при декодировании копии дискретного сообщения ошибка распространяется и на соседний символ. Если произошел ошибочный прием одного символа дискретного сообщения, то при кодировании этого дискретного сообщения на приемной стороне ошибка распространяется на всю длину дискретного сообщения и все последующие символы кодированного дискретного сообщения будут искажены. Эти свойства используемого кода позволяет не только обнаруживать искаженные символы в передаваемых дискретном сообщении и его копии, но и исправлять искаженные символы при приеме дискретного сообщения и его копии. При этом если будут возникать расхождения в двух и более символах сравниваемого дискретного сообщения и декодированной копии дискретного сообщения, то искаженные символы определяют проверкой их на четность. В этом случае для корректировки искаженных символов дискретного сообщения используют неискаженные символы принятой копии дискретного сообщения, а для корректировки искаженных символов копии дискретного сообщения используют неискаженные символы дискретного сообщения. При этом если ошибочно принимается до 50% символов дискретного сообщения и ошибочно принимается до 50% символов копии дискретного сообщения и если отсутствуют искажения в смежных символах принимаемых дискретного сообщения и его копии, то все ошибочно принятые символы будут скорректированы.

Именно новое свойство совокупности признаков, приводящих к увеличению скорости передачи информации в системах с обратной связью в условиях сильных коррелированных мультипликативных помех, позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Предлагаемый способ передачи дискретного сообщения в системах с обратной связью опробован в лабораторных условиях. Пример реализации данного способа с помощью устройств представлен на фиг.1, где:

блок 1 - источник сигнала;

блок 2 - первое запоминающее устройство;

блок 3 - кодирующее устройство;

блок 4 - первый передатчик;

блок 5 - первый приемник;

блок 6 - второй приемник;

блок 7 - второе запоминающее устройство;

блок 8 - декодирующее устройство;

блок 9 - решающее устройство;

блок 10 - второй передатчик.

Кодирующее и декодирующее устройства могут быть реализованы с помощью ЭВМ или с помощью отдельных устройств.

На фиг.2 представлена блок-схема кодирующего устройства, где блок 11 - сумматор по модулю Р, а блок 12 - линия задержки на один символ, а на фиг.3 представлена блок-схема декодирующего устройства, где блок 13 - вычитающее устройство, блок 14 - линия задержки на один символ, а блок 15 - сумматор по модулю Р.

Сигнал в виде последовательности нулевых и единичных бит

{11100000100001100010100111101000111001000000}

делят на блоки. Для простоты описания работы устройства будем считать, что длина интервала группирования ошибок составляет 5 бит, поэтому длину блока-символа выбираем равной n=4 биты. В этом случае P=2ⁿ=16, а последовательность блоков будет иметь вид

{11100000100001100010100111101000111001000000}.

Последовательность блоков подают в первое запоминающее устройство 2, где формируют дискретное сообщение в виде последовательности символов {14, 0, 8, 6, 2, 9, 14, 8, 14, 4, 0}. С помощью устройства 3 формируют копию дискретного сообщения. Для этого каждый символ дискретного сообщения кодируют в соответствии с формулой Сформированная копия дискретного сообщения в виде последовательности символов будет иметь следующий вид {14, 14, 6, 12, 14, 7, 5, 13, 11, 15, 15}. В устройстве З добавляют к каждому символу дискретного сообщения и его копии по одному биту для проверки символов на четность и сформированное таким образом дискретное сообщение {11101 00000 10001 01100 00101 10010 11101 10001 11101 01001 00000} и его копию {11101 11101 01100 11000 11101 01111 01010 11011 10111 11110 11110} запоминают в устройстве 2 и с помощью устройств 4 и 6 передают по линии связи и запоминают в устройстве 7 на приемном конце линии связи. Каждый символ принятой копии дискретного сообщения в устройстве 8 декодируют в соответствии с формулой В решающем устройстве 9 символы декодированной копии дискретного сообщения {14, 0, 8, 6, 2, 9, 14, 8, 14, 4, 0} сравнивают с символами принятого дискретного сообщения, хранящихся во втором запоминающем устройстве 7. Если отсутствуют расхождения в символах, то с помощью устройств 10 и 5 передают на другой конец линии связи информацию на продолжение передачи последующих сообщений. Если есть расхождения в сравниваемых символах, то осуществляют корректировку искаженных символов. При этом заменяют все искаженные символы первоначально принятого сообщения на символы декодированного сообщения, если нет расхождений в двух смежных символах. Например, если исказился каждый второй символ дискретного сообщения и вместо последовательности символов {11101 00000 10001 01100 00101 10010 11101 10001 11101 01001 00000} была принята последовательность символов {11101 11111 10001 10011 00101 01101 11101 01110 11101 10110 00000}, а символы копии дискретного сообщения не исказились при приеме, то при сравнении символов декодированной копии дискретного сообщения {14, 0, 8, 6, 2, 9, 14, 8, 14, 4, 0} с символами принятого дискретного сообщения {14, 15, 8, 9, 2, 6, 14, 7, 14, 11, 0} расхождения будут наблюдаться в одиночных каждом втором символе дискретного сообщения. Это говорит о том, что исказились символы принятого дискретного сообщения, так как в противном случае, если бы произошел ошибочный прием символа копии дискретного сообщения, то при декодировании этой копии дискретного сообщения и сравнения ее символов с символами принятого дискретного сообщения расхождения наблюдались бы в двух смежных сравниваемых символах. В этом случае все символы принятого дискретного сообщения {15, 9, 6, 7, 11} должны быть заменены на декодированные символы {0, 6, 9, 8, 4} принятой копии дискретного сообщения. Если имеются расхождения в двух или более смежных символах, то кодируют символы принятого дискретного сообщения и сравнивают их с символами принятой копии дискретного сообщения. Если есть расхождения в сравниваемых одиночных символах, то осуществляют корректировку искаженных символов. При этом заменяют все искаженные символы принятой копии дискретного сообщения на закодированные символы принятого дискретного сообщения, если нет расхождений в двух смежных символах. Например, если исказился каждый второй символ копии дискретного сообщения и вместо последовательности символов {11101 11101 01100 11000 11101 01111 01010 11011 10111 11110 11110} была принята последовательность символов {11101 00010 01100 00111 11101 10000 01010 00100 10111 00001 11110}, а символы дискретного сообщения не исказились при приеме, то при сравнении закодированных символов принятого дискретного сообщения {14, 14, 6, 12, 14, 7, 5, 13, 11, 15,15} с символами принятой копии дискретного сообщения {14, 1, 6, 3, 14, 8, 5, 2, 11, 0, 15} расхождения будут наблюдаться в одиночных каждом втором символе копии дискретного сообщения. Это говорит о том, что исказились символы принятой копии дискретного сообщения, так как в противном случае, если бы исказился один символ принятого дискретного сообщения, то при кодировании этого дискретного сообщения на приемной стороне и при сравнении закодированных символов с символами принятой копии дискретного сообщения расхождения наблюдались бы во всех последующих сравниваемых символах. В этом случае все символы принятой копии дискретного сообщения {1, 3, 8, 2, 0} должны быть заменены на закодированные символы {14, 12, 7, 13, 15} принятого дискретного сообщения.

Если есть расхождения более чем в трех смежных сравниваемых символах декодированной копии дискретного сообщения, то определяют искаженные символы принятых дискретного сообщения и его копии путем проверки принятых символов на четность и осуществляют корректировку искаженных символов. При этом используют неискаженные принятые символы дискретного сообщения и его копии. Например, если исказился каждый второй символ дискретного сообщения и вместо последовательности символов {11101 00000 10001 01100 00101 10010 11101 10001 11101 01001 00000} была принята последовательность символов {11101 11111 10001 10011 00101 01101 11101 01110 11101 10110 00000} и если исказился каждый второй символ копии дискретного сообщения и вместо последовательности символов {11101 11101 01100 11000 11101 01111 01010 11011 10111 11110 11110} была принята последовательность символов {11101 00010 01100 00111 11101 10000 01010 00100 10111 00001 11110}, то при сравнении символов декодированной копии дискретного сообщения с символами принятого дискретного сообщения расхождения будут наблюдаться во всех символах, а при сравнении закодированных символов принятого дискретного сообщения с символами принятой копии дискретного сообщения расхождения будут наблюдаться во всех последующих символах, следующих за первым неискаженным символом. Проверяя принятые символы на четность, обнаруживаем, что каждый второй принятый символ дискретного сообщения α_i={14, 15, 8, 9, 2, 6, 14, 7, 14, 11, 0} искажен и каждый второй принятый символ копии дискретного сообщения β_i={14, 1, 6, 3, 14, 8, 5, 2, 11, 0, 15} также искажен. Поскольку отсутствуют искажения в двух смежных символах принятых дискретного сообщения и его копии, то все искаженные символы будут скорректированы. При этом для корректировки искаженных символов β_i копии дискретного сообщения используется соотношение откуда а для корректировки искаженных символов дискретного сообщения а_i используется соотношение откуда где Если все искаженные символы β_i копии дискретного сообщения будут скорректированы, то для корректировки искаженных символов дискретного сообщения a_i может использоваться соотношение

Для представленных соотношений скорректированные символы β_i будут иметь следующий вид:

Для представленных соотношений скорректированные символы а_i будут иметь следующий вид:

Поскольку искаженные символы могут корректироваться, то уменьшается среднее число передач одного сообщения и увеличивается скорость передачи информации.

Реализация предлагаемого способа не вызывает затруднений, так как все блоки и узлы, входящие в устройство, реализующее способ, общеизвестны и широко описаны в технической литературе.

Источники информации

1. С.И.Бычков. Космические радиотехнические комплексы. - М.: Советское радио, 1967.

2. Способ передачи дискретной информации в системах с обратной связью. Патент на изобретение №2239289 от 27.10.2004.

3. Способ передачи дискретной информации в системах с обратной связью. Патент на изобретение №2239951 от 10.11.2004.

Изобретение относится к области радиосвязи, электросвязи и вычислительной техники и может быть использовано для передачи информации в вычислительных сетях. Достигаемый технический результат - повышение скорости передачи информации в условиях сильных коррелированных мультипликативных помех в линии связи. Способ заключается в том, что на передающем конце линии связи осуществляют деление входного сигнала на блоки длиною n-бит, формируют дискретное сообщение в виде последовательности блоков-символов длиною n-бит, формируют копию дискретного сообщения путем кодирования каждого символа дискретного сообщения в соответствии с заданной формулой, добавляют к каждому символу дискретного сообщения и его копии по одному биту для проверки их на четность, запоминают и передают дискретное сообщение и его копию по линии связи, а на приемном конце линии связи запоминают принятое сообщение и его копию, декодируют каждый символ принятой копии дискретного сообщения в соответствии с заданной формулой, сравнивают символы принятого дискретного сообщения с декодированными символами копии дискретного сообщения, корректируют ошибочно принятые символы, при необходимости передают по каналу обратной связи информацию на повторную передачу дискретного сообщения и его копии, при этом выбирают длину блок-символа дискретного сообщения в условиях сильных коррелированных мультипликативных помех в соответствии с заданной формулой. 3 ил.

Способ передачи дискретного сообщения в системах с обратной связью, заключающийся в том, что на передающем конце линии связи осуществляют деление входного сигнала на блоки длиною n-бит, формируют дискретное сообщение в виде последовательности блоков-символов длиною n-бит, формируют копию дискретного сообщения путем кодирования каждого символа дискретного сообщения в соответствии с формулой

символы а, β - это числа, записанные в виде знаков двоичной системы счисления и представленные в виде последовательности (комбинации) нулевых и единичных бит,

a_i, β_i - символ и закодированный символ, соответствующие данному блоку дискретного сообщения,

β_i-1 - закодированный символ предыдущего блока дискретного сообщения,

добавляют к каждому символу дискретного сообщения и его копии по одному биту для проверки их на четность, запоминают и передают дискретное сообщение и его копию по линии связи, а на приемном конце линии связи запоминают принятое дискретное сообщение и его

копию, декодируют каждый символ принятой копии дискретного сообщения в соответствии с формулой

сравнивают символы принятого дискретного сообщения с декодированными символами копии дискретного сообщения, при этом, если есть расхождения в сравниваемых символах и нет расхождений в двух смежных символах, то осуществляют корректировку ошибочно принятых символов и заменяют искаженные символы дискретного сообщения на декодированные символы копии дискретного сообщения, а если имеются расхождения в двух смежных символах первоначально принятого и декодированного сообщений, то корректируют ошибочно принятый символ копии дискретного сообщения или два смежных искаженных символа принятого дискретного сообщения, передают по каналу обратной связи информацию на продолжение передачи последующих дискретных сообщений, если все ошибочно принятые символы дискретного сообщения и его копии будут скорректированы, передают по каналу обратной связи информацию на повторную передачу дискретного сообщения и его копии, если возникли расхождения в трех и более смежных некорректируемых символах принятого дискретного сообщения и декодированной копии дискретного сообщения, отличающийся тем, что выбирают длину блока-символа дискретного сообщения в условиях сильных коррелированных мультипликативных помех в соответствии с формулой n≥k-1, где k - длина интервала группирования ошибок, характеризующаяся числом последовательно искаженных бит, при этом для корректировки ошибочно принятых символов используют неискаженные символы принятого дискретного сообщения и его копии, а для определения ошибочно принятых символов дискретного сообщения и его копии используют свойство размножения ошибок при кодировании дискретного сообщения и декодировании копии дискретного сообщения на приемной стороне, а также проверку принятых символов на четность.