СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА ИНФОРМАЦИИ Российский патент 2008 года по МПК H04L5/00 

Изобретение относится к технике связи, а точнее к способам передачи и приема информации (ППИ) посредством цифровой связи. Рост числа операторов и абонентов, в том числе, сотовой связи, обостряет проблему рационального использования частотного ресурса, что, в свою очередь, требует дальнейшего развития и совершенствования способов ППИ. Изобретение позволяет увеличить емкость любой существующей системы передачи и приема информации (СППИ) при заданном количестве отведенных для работы полос частот или обеспечить заданную емкость СППИ меньшим количеством полос частот, т.е. сэкономить частотный ресурс и увеличить технико-экономическую эффективность систем связи с учетом всех компонентов, влияющих на их полную стоимость и технические показатели.

Известен способ передачи и приема информации [Радиотехника: Энциклопедия. / Под ред. Ю.Л.Мазора и др. - М.: Издательский дом «Додэка - XXI», 2002, с.63-64], признаки которого реализованы, по-существу, во всех соответствующих способах и являющийся аналогом предлагаемому техническому решению. В этом способе информацию источника последовательно преобразуют в сообщение в физико-электрическом преобразователе информации, кодируют его в кодере, в радиопередающем устройстве модулируют несущую частоту закодированным сообщением и посылают сигнал по каналу связи, принимают сигнал в радиоприемном устройстве, демодулируют его, декодируют и производят обратное электрофизическое преобразование сообщения информации в удобный для потребителя вид.

Наиболее близким аналогом (прототипом) настоящего изобретения является способ передачи и приема информации от источников информации к ее потребителям посредством цифровой связи, в котором информацию каждого k-го, где , из К_n источников информации из n-й группы источников информации, где , подают, в том числе, при необходимости, через свой блок форматирования, в котором информацию форматируют в цифровой поток, к одному из К_n входов n-го блока уплотнения, в том числе, комбинационного [Харкевич А.А. Очерки общей теории связи. М.: Гостехиздат, 1955, гл. 4, § 53, с.207-208], синхронизированных бинарных цифровых потоков, в нем их уплотняют и подают с его выхода на вход М_n-арного n-го модулятора низкочастотного сигнала, где , поток сигналов с выхода модулятора подают на передатчик и передают по крайней мере к одному приемнику через канал передачи, совместимый с передаваемым сигналом, принятый поток сигналов подают на вход М_n-арного n-го демодулятора низкочастотного сигнала, синхронизированный М_n-арный цифровой поток с выхода демодулятора подают на вход по крайней мере одного n-го блока разуплотнения, в котором разуплотняют синхронизированный M_n-арный цифровой поток и через К_n выходов разуплотненные синхронизированные бинарные цифровые потоки подают, в том числе, при необходимости через свои блоки форматирования, в которых цифровые потоки форматируют в информацию, к соответствующим потребителям информации, при этом производят синхронизацию функционирования всех указанных блоков, а при необходимости перед передатчиком суммируют синхронизированные потоки сигналов в блоке множественного доступа, имеющем N входов для доступа, в том числе, других групп источников информации, а после приемника разделяют синхронизированные потоки сигналов в блоке множественного доступа, имеющем N выходов, в том числе, для других групп потребителей информации [прототип: Скляр Бернард. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Изд. 2-е испр.: пер. с англ. - М.: Издательский дом «Вильямс», 2004. - 1104 с. (прототип с.32-36)]. Недостатком известных способов ППИ и прототипа по сравнению с заявляемым способом является исчерпание ими возможности дальнейшего повышения их технико-экономической эффективности.

Сущность изобретения направлена на повышение технико-экономической эффективности способа ППИ благодаря тому, что в процессоре блока уплотнения упорядоченно одновременно за такт считывают двоичные цифры K_n синхронизированных бинарных цифровых потоков и преобразуют их в поток М_n-арных символов и, соответственно, в процессоре блока разуплотнения одновременно за такт преобразуют поток М_n-арных символов в К_n синхронизированных бинарных цифровых потоков, которые подают упорядоченно, как при упомянутом считывании, к выходам блока разуплотнения.

Для достижения указанного технического результата в способе передачи и приема информации от источников информации к ее потребителям посредством цифровой связи информацию каждого k-го, где , из К_n источников информации из n-й группы источников информации, где , подают, в том числе, при необходимости, через свой блок форматирования, в котором информацию форматируют в цифровой поток, к одному из K_n входов n-го блока уплотнения, в том числе, комбинационного, синхронизированных бинарных цифровых потоков, в нем их уплотняют и подают с его выхода на вход М_n-арного n-го модулятора низкочастотного сигнала, поток сигналов с выхода модулятора подают на передатчик и передают по крайней мере к одному приемнику через канал передачи, совместимый с передаваемым сигналом, принятый поток сигналов подают на вход M_n-арного n-го демодулятора низкочастотного сигнала, синхронизированный М_n-арный цифровой поток с выхода демодулятора подают на вход по крайней мере одного n-го блока разуплотнения, в котором разуплотняют синхронизированный М_n-арный цифровой поток и через К_n выходов разуплотненные синхронизированные бинарные цифровые потоки подают, в том числе, при необходимости через свои блоки форматирования, в которых цифровые потоки форматируют в информацию, к соответствующим потребителям информации, при этом производят синхронизацию функционирования всех указанных блоков, а при необходимости перед передатчиком суммируют синхронизированные потоки сигналов в блоке множественного доступа, имеющем N входов для доступа, в том числе, других групп источников информации, а после приемника разделяют синхронизированные потоки сигналов в блоке множественного доступа, имеющем N выходов, в том числе, для других групп потребителей информации, в соответствии с настоящим изобретением в процессоре n-го блока уплотнения упорядоченно, например, последовательно от 1 до К_n, одновременно за такт считывают двоичные цифры К_n синхронизированных бинарных цифровых потоков и преобразуют их в n-й поток М_n-арных символов, соответственно в процессоре n-го блока разуплотнения одновременно за такт преобразуют n-й поток М_n-арных символов в К_n синхронизированных бинарных цифровых потоков, которые подают упорядоченно, как при упомянутом считывании, к выходам n-го блока разуплотнения, при этом процессор блока уплотнения имеет по крайней мере К_n входов, являющихся упомянутыми входами блока уплотнения, и по крайней мере один выход, являющийся упомянутым выходом блока уплотнения, и процессор блока разуплотнения имеет по крайней мере один вход, являющийся упомянутым входом блока разуплотнения, и по крайней мере К_n выходов, являющихся упомянутыми выходами блока разуплотнения.

Кроме того, по крайней мере информацию об опорных уровнях M_n-арных сигналов передают по крайней мере по одному дополнительному каналу передачи.

В существующем уровне техники не выявлено источников информации, которые содержали бы сведения об объектах того же назначения с указанной совокупностью отличительных признаков, что позволяет считать способ ППИ по настоящему изобретению новым и имеющим изобретательский уровень.

Способ ППИ по настоящему изобретению может быть воплощен в устройстве, блок- схема которого представлена на чертеже.

На чертеже номера цифровых потоков источников информации, поступающих в блок уплотнения и выходящих из блока разуплотнения, заключены в скобки. Аналогично в скобки заключены номера цифровых потоков групп источников информации, поступающих в блок множественного доступа на передающей стороне системы и выходящих из блока множественного доступа на приемной стороне системы.

В заявляемом способе ППИ по сравнению с общеизвестными из уровня техники в процессоре блока уплотнения упорядоченно одновременно за такт считывают двоичные цифры К_n синхронизированных бинарных цифровых потоков и преобразуют их в поток M_n-арных символов и, соответственно, в процессоре блока разуплотнения одновременно за такт преобразуют поток М_n-арных символов в К_n синхронизированных бинарных цифровых потоков, которые подают упорядоченно, как при упомянутом считывании, к выходам блока разуплотнения. Эти действия позволяют с помощью соответствующих программных средств обеспечить повышение технико-экономической эффективности известных систем.

Как и в прототипе, реализующая способ система передачи и приема информации от источников информации 1 к ее потребителям 2 посредством цифровой связи каждый k-й, где , из К_n источников информации из n-й группы источников информации, где , подключен, в том числе, при необходимости ее форматирования в цифровой поток через свой блок форматирования 3 (в том числе, неодинаковый с другими блоками форматирования вследствие того, что информация источников может быть произвольного вида), к одному из К_n входов 4 n-го блока уплотнения 5, в том числе, комбинационного, синхронизированных бинарных цифровых потоков. Блок уплотнения 5 выходом 6 подключен через М_n-арный n-й модулятор низкочастотного сигнала 7 к передатчику 9, функционально связанному через канал передачи 11, совместимый с передаваемым сигналом, по крайней мере с одним приемником 10. Приемник 10 подключен через М_n-арный n-й демодулятор низкочастотного сигнала 12 к входу 13 по крайней мере одного n-го блока разуплотнения 14 синхронизированного М_n-арного цифрового потока, каждый из К_n выходов 15 которого подключен, в том числе, при необходимости форматирования цифрового потока в поток информации через свой блок форматирования 16, к соответствующему потребителю информации 2. Все указанные блоки функционально связаны с системой синхронизации 17. При необходимости в систему передачи и приема информации перед передатчиком 9 введен блок множественного доступа 18, имеющий N входов 19 для доступа синхронизированных потоков сигналов, в том числе, других групп источников информации, а после приемника 10 введен блок множественного доступа 20, имеющий N выходов 21 синхронизированных потоков сигналов, в том числе, для других групп потребителей информации. В СППИ n-й блок уплотнения 5 выполнен с возможностью производства в его процессоре 22 упорядоченного, например, последовательного от 1 до К_n, одновременного за такт считывания двоичных цифр К_n синхронизированных бинарных цифровых потоков и их преобразования в n-й поток М_n-арных символов. Соответственно n-й блок разуплотнения 14 выполнен с возможностью одновременного за такт преобразования в его процессоре 23 n-го синхронизированного М_n-арного цифрового потока, поступающего с М_n-арного демодулятора, в К_n синхронизированных бинарных цифровых потоков, подаваемых упорядоченно, как при упомянутом считывании, к выходам 15 n-го блока разуплотнения 14. При этом процессор 22 блока уплотнения 5 имеет по крайней мере К_n входов 24, являющихся упомянутыми входами 4 подключения блока уплотнения 5, и по крайней мере один выход 25, являющийся упомянутым выходом 6 подключения к М_n-арному модулятору. Процессор 23 блока разуплотнения 14 имеет по крайней мере один вход 26, являющийся упомянутым входом 13 подключения блока разуплотнения 14 к М_n-арному демодулятору 12, и по крайней мере К_n выходов 27, являющихся упомянутыми выходами 15 подключения блока разуплотнения 14.

Сущность способа заключается в следующем. Информацию каждого k-го, где , из К_n источников информации 1 из n-й группы источников информации, где , подают, в том числе, при необходимости, через свой блок форматирования 3, в котором информацию форматируют в цифровой поток, к одному из К_n входов 4 n-го блока уплотнения 5, соединенного с одним из входов процессора 22. В процессоре 22 n-го блока уплотнения 5, в том числе, комбинационного, упорядоченно, например, последовательно от 1 до К_n, одновременно за такт считывают двоичные цифры К_n синхронизированных бинарных цифровых потоков, поступающих в процессор через К_n входов 24, и преобразуют их в n-тый поток М_n-арных символов, где , который подают с выхода 25 процессора, являющегося упомянутым выходом 6 блока уплотнения 5, на вход М_n-арного n-го модулятора низкочастотного сигнала 7. Этот поток сигналов с выхода модулятора 7 подают на передатчик 9 и передают по крайней мере к одному приемнику 10 через канал передачи 11, совместимый с передаваемым сигналом (низкочастотным, высокочастотным или оптическим). Принятый поток сигналов подают на вход М_n-арного n-го демодулятора низкочастотного сигнала 12. Синхронизированный М_n-арный цифровой поток с выхода демодулятора 12 подают на вход 13 по крайней мере одного n-го блока разуплотнения 14, соединенного со входом 26 процессора 23. В процессоре 23 n-го блока разуплотнения 14 одновременно за такт преобразуют n-й поток M_n-арных символов в К_n синхронизированных бинарных цифровых потоков. Эти потоки подают с выходов 27 процессора, являющихся упомянутыми выходами 15 блока разуплотнения 14, в том числе, при необходимости, к своим блокам форматирования 16. В блоках 16 цифровые потоки форматируют в информацию, которую направляют к соответствующим потребителям информации 2. При этом производят синхронизацию функционирования всех указанных блоков. При необходимости перед передатчиком 9 суммируют синхронизированные потоки сигналов в блоке множественного доступа 18, имеющем N входов 19 для доступа, в том числе, других групп источников информации, а после приемника 10 разделяют синхронизированные потоки сигналов в блоке множественного доступа 20, имеющем N выходов 21, в том числе, для других групп потребителей информации. На чертеже блоки множественного доступа 18 и 20 на передающей и приемной сторонах, соответственно, дополнительно объединены пунктирной линией 8, что означает их использование при необходимости. При отсутствии необходимости сигнал из модулятора 7 подают на передатчик 9, а из приемника 10 - на демодулятор 12 по линиям связи, обозначенным n.

Для повышения надежности работы системы целесообразно осуществлять передачу информации об опорных, например, единичных, уровнях М_n-арных сигналов. Ее можно передавать, например, через несколько тактов по основному каналу. Однако в ряде случаев может оказаться целесообразным передавать эту и другую информацию, необходимую для организации работы системы, по дополнительному каналу. Поэтому по крайней мере информацию об опорных уровнях М_n-арных сигналов передают по крайней мере по одному дополнительному каналу передачи.

В процессоре блока уплотнения на каждом такте (т.е. одновременно) упорядоченно считывают информацию, поступающую от K_n источников. Отметим, что каждый информационный канал может нести информацию произвольного вида, например, закодированную любым кодом или смесью кодов. Считанную информацию преобразуют в поток М_n-арных символов. В процессоре блока разуплотнения одновременно за такт поток M_n-арных символов восстанавливают (разуплотняют) в К_n синхронизированных бинарных цифровых потоков и подают их упорядоченно, как и при считывании в процессоре блока уплотнения, к К_n потребителям в удобном для них виде.

При реализации способа все блоки СППИ могут быть выполнены такими же, как и в других системах того же назначения. Вопросы тактирования и синхронизации передающей и приемной сторон решаются любыми общеизвестными из уровня техники средствами, например, так же, как это делается в прототипе. В некоторых случаях достаточно использование одного блока разуплотнения, с каждого выхода которого поступает информация к соответствующему потребителю информации. В ряде случаев могут быть использованы два или несколько, вплоть до К_n, блоков разуплотнения. Например, в сотовой связи каждая подвижная станция включает блок разуплотнения. Из поступающего в этот блок потока М_n-арных символов выделяют бинарный цифровой поток, адресованный в данный момент только данному потребителю. Таким образом, в сотовой связи поток сигналов доставляют всем потребителям, а процедура разуплотнения выполняется каждым конечным адресатом.

Для уплотнения и разуплотнения (восстановления исходной информации) применяются эффективные вычислительные алгоритмы, в том числе, известные, что облегчает их аппаратно-программную реализацию.

Ниже представлена таблица, иллюстрирующая передачу и прием трех потоков текстовой информации в заявляемом способе:

В таблице в столбцах 1, 3, 5 приведены потоки текстовой информации трех источников: (Герц • - -) (Попов • -) (Сименс •).

В столбцах 2, 4, 6 приведены соответствующие им бинарные цифровые потоки. В столбце 7 приведен передаваемый снизу вверх поток М_n-арных символов, полученных в процессоре 22 блока уплотнения 5 путем упорядоченного, последовательно от первого до третьего потока, одновременного за такт считывания двоичных цифр бинарных цифровых потоков и их преобразования в указанный поток символов. В столбцах 8, 10, 12 приведены результаты одновременного за такт преобразования в процессоре 23 блока разуплотнения 14 потока М_n-арных символов в три бинарных цифровых потока, подаваемых упорядоченно, как при упомянутом считывании, на выходы блока разуплотнения и далее распределяемых к соответствующим потребителям информации. В столбцах 9, 11, 13 приведены полученные адресатами потоки текстовой информации. В таблице обозначено: • - точка, - - пробел, ⇒ - знак упорядоченного потактового считывания двоичных цифр бинарных цифровых потоков и их преобразования в поток М_n-арных символов и его обратного преобразования в бинарные цифровые потоки.

Этот простейший из возможных примеров использования заявляемого способа ППИ наглядно показывает возможность одновременной передачи и приема трех потоков текстовой информации по одному каналу, что повышает эффективность использования частотного ресурса.

Настоящее изобретение полезно тем, что оно может быть практически применено для развития и совершенствования любой системы цифровой связи с любой организацией ее работы, например, уже использующей известные методы множественного доступа (например, с частотным, временным, кодовым, пространственным и поляризационным разделением) и известные методы обработки сигналов, в том числе, например, для всех известных стандартов сотовой связи.

Промышленная применимость. Настоящее изобретение может быть применено в СППИ, использующих низкочастотные, высокочастотные и оптические сигналы в любых системах связи. Способ ППИ по данному изобретению позволяет эффективно использовать частотный ресурс и может работать одновременно с большим числом разнородной информации.

Проведенный анализ позволил установить: аналоги с совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявляемого способа условию «новизны».

Результаты поиска известных решений в области способов ППИ с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного способа, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано в качестве способа передачи и приема информации посредством цифровой связи. Технический результат - повышение эффективности использования частотного ресурса. Для этого на передающей стороне источники информации, при необходимости, форматируют, уплотняют бинарные цифровые потоки (БЦП) в блоке уплотнения, в том числе, комбинационном, и модулируют их в низкочастотном модуляторе, преобразуют в поток сигналов и на приемной стороне в обратном порядке поток сигналов демодулируют в низкочастотном демодуляторе, преобразуют поток сигналов в поток уплотненных БЦП, разуплотняют их в блоке разуплотнения, форматируют, при необходимости, и подают потребителям информации и, при необходимости, на передающей стороне суммируют потоки сигналов других групп источников информации, а на приемной стороне их разделяют в блоках множественного доступа. При этом в процессоре блока уплотнения упорядоченно, одновременно за такт считывают двоичные цифры БЦП и преобразуют их в поток М_n-арных символов, а в процессоре блока разуплотнения одновременно за такт преобразуют поток М_n-арных символов в БЦП, подаваемые упорядоченно, как и при упомянутом считывании, к потребителям. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Способ передачи и приема информации от источников информации к ее потребителям посредством цифровой связи, в котором информацию каждого k-го, где из К_n источников информации из n-й группы источников информации, где подают, в том числе, при необходимости, через свой блок форматирования, в котором информацию форматируют в цифровой поток, к одному из К_n входов n-го блока уплотнения, в том числе, комбинационного, синхронизированных бинарных цифровых потоков, в нем их уплотняют и подают с его выхода на вход М_n-го n-го модулятора низкочастотного сигнала, где поток сигналов с выхода модулятора подают на передатчик и передают по крайней мере к одному приемнику через канал передачи, совместимый с передаваемым сигналом, принятый поток сигналов подают на вход М_n-го n-го демодулятора низкочастотного сигнала, синхронизированный М_n-й цифровой поток с выхода демодулятора подают на вход по крайней мере одного n-го блока разуплотнения, в котором разуплотняют синхронизированный М_n-й цифровой поток и через К_n выходов разуплотненные синхронизированные, бинарные цифровые потоки подают, в том числе, при необходимости через свои блоки форматирования, в которых цифровые потоки форматируют в информацию, к соответствующим потребителям информации, при этом производят синхронизацию функционирования всех указанных блоков, а при необходимости перед передатчиком суммируют синхронизированные потоки сигналов в блоке множественного доступа, имеющем N входов для доступа, в том числе, других групп источников информации, а после приемника разделяют синхронизированные потоки сигналов в блоке множественного доступа, имеющем N выходов, в том числе, для других групп потребителей информации, отличающийся тем, что n-й блок уплотнения выполнен на процессоре уплотнения, в котором упорядоченно, например, последовательно от 1 до К_n, одновременно за такт считывают двоичные цифры К_n синхронизированных бинарных цифровых потоков и преобразуют их в n-й поток М_n-х символов, соответственно n-й блок разуплотнения выполнен на процессоре разуплотнения, в котором одновременно за такт преобразуют n-й поток М_n-х символов в К_n синхронизированных бинарных цифровых потоков, которые подают упорядоченно, как при упомянутом считывании, к выходам процессора разуплотнения, при этом процессор уплотнения имеет по крайней мере К_n входов, являющихся упомянутыми входами блока уплотнения, и по крайней мере один выход, являющийся упомянутым выходом блока уплотнения, и процессор разуплотнения имеет по крайней мере один вход, являющийся упомянутым входом блока разуплотнения, и по крайней мере К_n выходов, являющихся упомянутыми выходами блока разуплотнения.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что по крайней мере информацию об опорных уровнях М_n-х сигналов передают по крайней мере по одному дополнительному каналу передачи для передачи информации, необходимой для организации работы системы.