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-того, где , из К_n источников информации из n-той 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-того блока уплотнения синхронизированных бинарных цифровых потоков, в нем их уплотняют и подают с его выхода на вход n-того 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 n-того демодулятора низкочастотного сигнала, синхронизированный цифровой поток с выхода демодулятора подают на вход по крайней мере одного n-того блока разуплотнения, в котором разуплотняют синхронизированный 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 [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 упорядочение одновременно за такт считывают двоичные цифры x_k=0,1 синхронизированных бинарных цифровых потоков, умножают х_k на положительные числа a_k, которые образуют, например, из быстровозрастающих чисел a'_k посредством схемы Меркла-Хэллмана и суммируют величины a_kx_k с получением n-того потока цифровых символов , а в процессоре n-того блока разуплотнения одновременно за такт преобразуют n-тый поток цифровых символов S_n в соответствии со схемой Меркла-Хэллмана в поток цифровых символов S'_n и S'_n преобразуют согласно соотношению х_kn=1, если S'_n≥a'_Kn,_{хi=1, если , где i=Kn-1, Кn-2,..., 1 и xi=0 в других случаях, в Кn 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, в котором информацию каждого k-того, где , из К_n источников информации из n-той 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-того блока уплотнения синхронизированных бинарных цифровых потоков, в нем их уплотняют и подают с его выхода на вход n-того 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 n-того демодулятора низкочастотного сигнала, синхронизированный цифровой поток с выхода демодулятора подают на вход по крайней мере одного n-того блока разуплотнения, в котором разуплотняют синхронизированный 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-того блока уплотнения упорядоченно, например, последовательно от 1 до К_n, одновременно за такт считывают двоичные цифры x_k=0,1 синхронизированных бинарных цифровых потоков, умножают х_k на положительные числа а_k, которые образуют, например, из быстровозрастающих чисел a'_k посредством схемы Меркла-Хэллмана и суммируют величины a_kx_k с получением n-того потока цифровых символов , а в процессоре n-того блока разуплотнения одновременно за такт преобразуют n-тый поток цифровых символов S_n в соответствии со схемой Меркла-Хэллмана в поток цифровых символов S_n' и S'_n преобразуют согласно соотношению х_kn=1, еслиS'_n≥a'_Kn,_{хi=1, если, где i=Kn-1, Кn-2,..., 1, и xi=0 в других случаях, в Кn синхронизированных бинарных цифровых потоков, которые подают упорядоченно, как при упомянутом считывании, к выходам n-того блока разуплотнения, при этом процессор блока уплотнения имеет по крайней мере Кn входов, являющихся упомянутыми входами подключения блока уплотнения, и по крайней мере один выход, являющийся упомянутым выходом подключения к модулятору, и процессор блока разуплотнения имеет по крайней мере один вход, являющийся упомянутым входом подключения блока разуплотнения к демодулятору, и по крайней мере Кl выходов, являющихся упомянутыми выходами подключения блока разуплотнения.}

Кроме того, в способе по крайней мере информацию об опорных уровнях цифровых 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 синхронизированных бинарных цифровых потоков и преобразуют их в поток цифровых символов, а в процессоре блока разуплотнения одновременно за такт преобразуют поток цифровых 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, в реализующей способ системе передачи и приема информации от источников информации 1 к ее потребителям 2 посредством цифровой связи каждый k-тый, где , из К_n источников информации 1 из n-той группы источников информации, где , подключен, в том числе, при необходимости ее форматирования в цифровой поток, через свой блок форматирования 3 к одному из К_n входов 4 n-того блока уплотнения 5 синхронизированных бинарных цифровых потоков. Блок уплотнения 5 выходом 6 подключен через n-тый модулятор низкочастотного сигнала 7 к передатчику 9, функционально связанному через канал передачи 11, совместимый с передаваемым низкочастотным сигналом, по крайней мере с одним приемником 10. Приемник 10 подключен через n-тый демодулятор 12 низкочастотного сигнала ко входу 13 по крайней мере одного n-того блока разуплотнения 14 синхронизированного 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 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-тый блок уплотнения 5 выполнен с возможностью производства в его процессоре 22 упорядоченного, например, последовательного от 1 до K_n, одновременного за такт считывания двоичных цифр x_k=0,1 синхронизированных бинарных цифровых потоков, умножения х_k на положительные числа а_k, которые образуют, например, из быстровозрастающих чисел a'_k посредством схемы Меркла-Хэллмана, и суммирования величин a_kx_k с получением n-того потока цифровых символов . При этом n-тый блок разуплотнения 14 выполнен с возможностью одновременного за такт преобразования в его процессоре 23 n-того потока цифровых символов S_n в соответствии со схемой Меркла-Хэллмана в поток цифровых символов S'_n и преобразования S'_n согласно соотношению x_Kn=1, если S'_n≥a'_Kn,_{хi=1, если , где i=Kn-1, Кn-2,..., 1, и xi=0 в других случаях, в Кn синхронизированных бинарных цифровых потоков, подаваемых упорядоченно, как при упомянутом считывании, к выходам 15 n-того блока разуплотнения 14. При этом процессор 22 блока уплотнения 5 имеет по крайней мере Кn входов 24, являющихся упомянутыми входами 4 подключения блока уплотнения 5, и по крайней мере один выход 25, являющийся упомянутым выходом 6 подключения к модулятору 7. Процессор 23 блока разуплотнения 14 имеет по крайней мере один вход 26, являющийся упомянутым входом 13 подключения блока разуплотнения 14 к демодулятору 12, и по крайней мере Кn выходов 27, являющихся упомянутыми выходами 15 подключения блока разуплотнения 14.}

Сущность способа заключается в следующем. Информацию каждого k-того, где , из К_n источников информации 1 из n-той 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 K_n входов 4 n-того блока уплотнения 5, соединенного с одним из входов процессора 22. В процессоре 22 n-того блока уплотнения 5 упорядоченно, например, последовательно от 1 до K_n, одновременно за такт считывают двоичные цифры x_k синхронизированных бинарных цифровых потоков, поступающих в процессор через К_n входов 24, умножают x_k на положительные числа a_k, которые образуют, например, из быстровозрастающих чисел a'_k посредством схемы Меркла-Хэллмана и суммируют величины а_kx_k с получением n-того потока цифровых символов. Схема Меркла-Хэллмана [Mercal R.C. and Hellman M.E.Hufing Information and Signatures in Trap-Door Knapsacks. IEEE, Trans. Inf. Theory, vol. IT24, September, 1978, pp.525 - 530] основана на образовании вектора рюкзака, который не является быстровозрастающим. При этом задача о рюкзаке обязательно включает «лазейку», позволяющую авторизованным пользователям решить задачу.

Далее этот поток цифровых символов подают с выхода 25 процессора, являющегося упомянутым выходом 6 блока уплотнения 5, к входу n-того модулятора 7 и далее передают через передатчик 9 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 n-того демодулятора низкочастотного сигнала 12. Синхронизированный цифровой поток с выхода демодулятора 12 подают на вход 13 по крайней мере одного n-того блока разуплотнения 14, соединенного со входом 26 процессора 23. В процессоре 23 n-того блока разуплотнения 14 одновременно за такт преобразуют n-тый поток цифровых символов S_n в соответствии со схемой Меркла-Хэллмана в поток цифровых символов S_n' и S'_n преобразуют согласно соотношению х_kn=1, если S'_n≥a'_Kn,_{хi=1, если , где i=Kn-1, Кn-2,..., 1, и xi=0 в других случаях, в Кn 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 цифровых 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 цифровых 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 К_n источников. Отметим, что каждый информационный канал может нести информацию произвольного вида, например, закодированную любым кодом или смесью кодов. Считанную информацию преобразуют в поток цифровых символов. В процессоре блока разуплотнения одновременно за такт поток цифровых 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 цифровых 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, 4, 7 приведены потоки текстовой информации трех источников: (Герц • - -)(Попов • -) (Сименс •).

В столбцах 2, 5, 8 приведены соответствующие текстовой информации бинарные цифровые потоки x₁, x₂, x₃ соответственно. Уплотнение и разуплотнение произведены по правилу, приведенному в упомянутом примере в отличительной части заявляемого изобретения. Выбраны следующие значения быстровозрастающих чисел: =1, =2, =4. Сумма этих чисел равна 7. Далее выбрано простое число М=11, превосходящее эту сумму, и случайное число W(1<W<М), равное 4. Сформировано W¹, удовлетворяющее соотношению WW^-1modM=1, оно равно 3. Значения a_i, получены по формуле a_i=Wa^' _imodM и равны а₁=4, a₂=8, a₃=5. В столбцах 3, 6, 9 приведены произведения а₁x₁, а₂x₂, а₃x₃ соответственно. В столбце 10 приведен передаваемый поток цифровых 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 цифровых символов. В столбце 11 приведен преобразованный в соответствии с формулой S'=W^-1SmodM поток цифровых символов S'. В столбцах 12, 14, 16 приведены результаты одновременного за такт преобразования в процессоре 23 блока разуплотнения 14 потока цифровых символов S' в три бинарных цифровых потока, подаваемых упорядоченно, как при упомянутом считывании, на выходы блока разуплотнения и далее распределяемых к соответствующим потребителям информации. В столбцах 13, 15, 17 приведены полученные адресатами потоки текстовой информации. В таблице обозначено: • - точка, - - пробел.

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. Кроме того, изобретение позволяет повысить структурную и информационную скрытность передаваемого цифрового сигнала в дополнение к используемым законам кодирования. Отметим также, что приведенный пример получения потока цифровых символов S_n и его обратного преобразования в бинарные цифровые потоки эквивалентен решению классической задачи, основанной на образовании вектора рюкзака, который не является быстровозрастающим (схема Меркла-Хэллмана). При этом задача о рюкзаке обязательно включает «лазейку», позволяющую авторизованным пользователям решить задачу.

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 (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 (ВЦП) в блоке уплотнения, модулируют их в низкочастотном модуляторе, преобразуют в поток сигналов и на приемной стороне в обратном порядке поток сигналов демодулируют в низкочастотном демодуляторе, преобразуют 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, умножают на положительные числа, которые образуют, например, из быстровозрастающих чисел посредством схемы Меркла-Хэллмана, и суммируют их с получением потока цифровых символов. В процессоре блока разуплотнения одновременно за такт преобразуют поток цифровых символов в соответствии со схемой Меркла-Хэллмана. 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 синхронизированных бинарных цифровых потоков, в нем их уплотняют и подают с его выхода на вход 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 n-го демодулятора низкочастотного сигнала, синхронизированный цифровой поток с выхода демодулятора подают на вход по крайней мере одного n-го блока разуплотнения, в котором разуплотняют синхронизированный 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 x_k=0,1 синхронизированных бинарных цифровых потоков, умножают x_k на положительные числа а_k которые образуют, например, из быстровозрастающих чисел a'_k посредством схемы Меркла-Хэллмана, и суммируют величины а_kх_k с получением n-го потока цифровых символов, , а n-й блок разуплотнения выполнен на процессоре разуплотнения, в котором одновременно за такт преобразуют n-й поток цифровых символов S_n в соответствии со схемой Меркла-Хэллмана в поток цифровых символов S_n' и S'_n преобразуют согласно соотношению х_Kn=1, если S'_n≥a'_Kn,_{хi=1, если , где i=Kn-1, Кn-2,..., 1, и xi=0 в других случаях, в Кn синхронизированных бинарных цифровых потоков, которые подают упорядочено, как при упомянутом считывании, к выходам процессора разуплотнения, при этом процессор уплотнения имеет по крайней мере Кn входов, являющихся упомянутыми входами блока уплотнения, и по крайней мере один выход, являющийся упомянутым выходом подключения к модулятору, и процессор разуплотнения имеет по крайней мере один вход, являющийся упомянутым входом подключения к демодулятору, и по крайней мере Кn выходов, являющихся упомянутыми выходами блока разуплотнения.}2. Способ по п.1, отличающийся тем, что по крайней мере информацию об опорных уровнях цифровых сигналов передают по крайней мере по одному дополнительному каналу передачи для передачи информации, необходимой для организации работы системы.