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

Изобретение относится к технике связи, а точнее к системам передачи и приема информации (СППИ) 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 систем и способов передачи и приема информации. Изобретение позволяет увеличить емкость любой существующей СППИ при заданном количестве отведенных для работы системы полос частот или обеспечить заданную емкость системы меньшим количеством полос частот, т.е. съэкономить частотный ресурс и увеличить технико-экономическую эффективность систем связи с учетом всех компонентов, влияющих на ее полную стоимость и технические показатели.

Известна система передачи и приема информации [Радиотехника: Энциклопедия. / Под ред. Ю.Л.Мазора и др. - М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2002, с.63-64], признаки которой реализованы, по существу, во всех соответствующих системах и являющаяся аналогом предлагаемому техническому решению. Эта система содержит функционально последовательно связанные источник информации, физико-электрический преобразователь информации, кодер, передающее устройство, канал связи, приемное устройство, декодер, электрофизический преобразователь информации, потребитель информации.

Наиболее близким аналогом (прототипом) настоящего изобретения является система передачи и приема информации от источников информации к ее потребителям посредством цифровой связи, в которой 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, к одному из К_n входов n-го блока уплотнения синхронизированных бинарных цифровых потоков, который выходом подключен через n-тый модулятор низкочастотного сигнала к передатчику, функционально связанному через канал передачи, совместимый с передаваемым низкочастотным сигналом по крайней мере с одним приемником, который подключен через n-й демодулятор низкочастотного сигнала ко входу по крайней мере одного n-го блока разуплотнения синхронизированного цифрового потока, каждый из К_n выходов которого подключен, в том числе при необходимости форматирования цифрового потока в поток информации через свой блок форматирования, к соответствующему потребителю информации, при этом все указанные блоки функционально связаны с системой синхронизации, а при необходимости в систему передачи и приема информации перед передатчиком введен блок множественного доступа, имеющий N входов для доступа синхронизированных потоков сигналов, в том числе других групп источников информации, а после приемника введен блок множественного доступа, имеющий N выходов синхронизированных потоков сигналов, 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 СППИ и прототипа по сравнению с заявляемой СППИ является исчерпание ими возможности дальнейшего повышения их технико-экономической эффективности.

Сущность изобретения направлена на повышение технико-экономической эффективности СППИ благодаря введению в блок уплотнения процессора, выполненного с возможностью производства упорядоченного одновременного за такт считывания двоичных цифр x_k=0,1 синхронизированных бинарных цифровых потоков, умножения x_k на положительные числа а_k, которые образуют, например, из быстровозрастающих чисел посредством применения схемы Меркла-Хэллмана, и суммирования величин а_kх_k с получением потока цифровых символов и введению в блок разуплотнения процессора, выполненного с возможностью производства одновременного за такт преобразования потока цифровых символов S_n в соответствии со схемой Меркла-Хэллмана в поток цифровых символов и преобразуют согласно соотношению если хi=1, если где i=K_n-1, K_n-2,...,1 и х_i=0 в других случаях, в K_n синхронизированных бинарных цифровых потоков, подаваемых упорядоченно, как при упомянутом считывании, к выходам блока разуплотнения.

Для достижения указанного технического результата в системе передачи и приема информации от источников информации к ее потребителям посредством цифровой связи, в которой 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, к одному из К_n входов n-го блока, уплотнения синхронизированных бинарных цифровых потоков, который выходом подключен через n-й модулятор низкочастотного сигнала к передатчику, функционально связанному через канал передачи, совместимый с передаваемым низкочастотным сигналом, по крайней мере с одним приемником, который подключен через n-й демодулятор низкочастотного сигнала ко входу по крайней мере одного n-го блока разуплотнения синхронизированного цифрового потока, каждый из К_n выходов которого подключен, в том числе при необходимости форматирования цифрового потока в поток информации через свой блок форматирования, к соответствующему потребителю информации, при этом все указанные блоки функционально связаны с системой синхронизации, а при необходимости в систему передачи и приема информации перед передатчиком введен блок множественного доступа, имеющий N входов для доступа синхронизированных потоков сигналов, в том числе, других групп источников информации, а после приемника введен блок множественного доступа, имеющий N выходов синхронизированных потоков сигналов, в том числе для других групп потребителей информации, в соответствии с настоящим изобретением n-й блок уплотнения выполнен с возможностью производства в его процессоре упорядоченного, например, последовательного от 1 до K_n, одновременного за такт считывания двоичных цифр х_k=0,1 синхронизированных бинарных цифровых потоков, умножения х_k на положительные числа а_k, которые образуют, например, из быстровозрастающих чисел посредством применения схемы Меркла-Хэллмана и суммирования величин а_kx_k с получением n-го потока цифровых символов а n-й блок разуплотнения выполнен с возможностью одновременного за такт преобразования в его процессоре n-го потока цифровых символов S_n в соответствии со схемой Меркла-Хэллмана в поток цифровых символов и преобразуют согласно соотношению если х_i=1, если где i=K_n-1, K_n-2,...,1 и х_i=0 в других случаях, в К_n синхронизированных бинарных цифровых потоков, подаваемых 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 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 К_l выходов, являющихся упомянутыми выходами подключения блока разуплотнения.

Кроме того, в СППИ введен по крайней мере один дополнительный канал передачи по крайней мере информации об опорных уровнях цифровых сигналов.

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 СППИ по настоящему изобретению новым и имеющим изобретательский уровень.

СИПИ по настоящему изобретению может быть воплощена 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 заявляемой СППИ по сравнению с общеизвестными из уровня техники системами в блоки уплотнения и разуплотнения введены процессоры, использующие известные решающие схемы и позволяющие с помощью соответствующих программных средств обеспечить повышение технико-экономической эффективности известных систем.

В системе передачи и приема информации от источников информации 1 к ее потребителям 2 посредством цифровой связи каждый k-й, где из K_n источников информации 1 из n-й группы источников информации, где подключен, в том числе при необходимости ее форматирования в цифровой поток через свой блок форматирования 3, к одному из K_n входов 4 n-го блока уплотнения 5 синхронизированных бинарных цифровых потоков, который выходом 6 подключен через n-й 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, который подключен через n-й демодулятор 12 низкочастотного сигнала ко входу 13 по крайней мере одного n-го 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, при этом все указанные блоки и упомянутая система 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 K_n, одновременного за такт считывания двоичных цифр x_k=0,1 синхронизированных бинарных цифровых потоков, умножения x_k на положительные числа a_k, которые образуют, например, из быстровозрастающих чисел посредством применения схемы Меркла-Хэллмана, и суммирования величин a_kx_k с получением n-го потока цифровых символов При этом n-й блок разуплотнения 14 выполнен с возможностью одновременного за такт преобразования в его процессоре 23 n-го потока цифровых символов S_n в соответствии со схемой Меркла-Хэллмана в поток цифровых символов и преобразуют согласно соотношению если х_i=1, если где i=K_n-1, K_n-2,..., 1 и х_i=0 в других случаях, в К_n синхронизированных бинарных цифровых потоков, подаваемых упорядочение, 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 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 К_n выходов 27, являющихся упомянутыми выходами 15 подключения блока разуплотнения 14.

Система работает следующим образом. Информацию каждого k -го, где из K_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 K_n входов 4 n-го блока уплотнения 5, соединенного с одним из входов процессора 22. В процессоре 22 n-го блока уплотнения 5 упорядоченно, например последовательно от 1 до К_n, одновременно за такт считывают двоичные цифры х_k=0,1 синхронизированных бинарных цифровых потоков, поступающих в процессор через K_n входов 24, умножают x_k на положительные числа a_k, которые образуют, например, из быстровозрастающих чисел посредством применения схемы Меркла-Хэллмана, и суммируют величины а_kх_k с получением n-го потока цифровых символов Схема Меркла-Хэллмана [Mercal R.C. and Hellman M.E. Hiding 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 поток цифровых символов подают с выхода 25 процессора, являющегося упомянутым выходом 6 блока уплотнения 5, к входу 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-го демодулятора низкочастотного сигнала 12. Синхронизированный 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 цифровых символов S_n в соответствии со схемой Меркла-Хэллмана в поток цифровых символов и преобразуют согласно соотношению если х_i=1, если где i=K_n-1, K_n-2,...,1 и х_i=0 в других случаях, 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 таковой 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 передавать информацию об опорных, например единичных, уровнях цифровых сигналов. Ее можно передавать, например, через несколько тактов по основному каналу. Однако в ряде случаев может оказаться целесообразным использование дополнительного канала для передачи этой и другой информации, необходимой для организации работы системы. 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) упорядочение считывается информация, поступающая от К_n источников. Отметим, что каждый информационный канал может нести информацию произвольного вида, например, закодированную любым кодом или смесью кодов. Считанная информация преобразуется 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 K_n потребителям в удобном для них виде. Все блоки данной СППИ могут быть выполнены такими же, как и в ближайшем аналоге или в других системах того же назначения. Вопросы тактирования и синхронизации передающей и приемной сторон используемой системы 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 выделяется бинарный цифровой поток, адресованный в данный момент только данному потребителю. Таким образом, в сотовой связи поток сигналов доставляется 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 заявляемой системе.

 x₁a₁х₁ x₂а₂х₂ x₃а₃х₃SS'x₁ x₂ x₃ 1234567891011121314151617 14 18 151771 1 1  14 18 151771 1 1  00 00 00000 0 0  00П00С15540Г0П1СГ00 18 00820 1 0  00 18 00820 1 0  14 18 001231 1 0  14 18 151771 1 1  14 18 151771 1 1  14 18 151771 1 1  14 18 15177  1 1  00О00и00000е0О0иЕ00 18 151360 1 1  14 18 001231 1 0  00 18 00820 1 0  14 00 00411 0 0  14 18 151771 1 1  14 18 151771 1 1  14 18 151771 1 1  14п00м00411р0П0мр00 18 151360 1 1  00 18 151360 1 1  00 18 00820 1 0  00 18 00820 1 0. ц14 18 151771 1 1  14 18 151771 1 1  14 18 151771 1 1  14о00е00411ц0о0е 00 18 00820 1 0  14 18 151771 1 1  14 18 001231 1 0  00 00 15540 0 1 •00 18 151360 1 1  00 18 151360 1 1  14 18 151771 1 1  00в00н00000•0в0н 14 00 15951 0 1  14 00 15951 0 1  14 18 001231 1 0  00 00 15540 0 1  00 00 15540 0 1  00 00 15540 0 1  14 18 151771 1 1 -00•00сI5540-0• с 00 18 00820 1 0  00 18 00820 1 0  00 18 00820 1 0  00 00 15820 0 1  00 00 00000 0 0  00 00 00000 0 0  14 18 151771 1 1  00-00•00000-0-0• 00 00 15540 0 1  00 00 15540 0 1  00 00 15540 0 1  00 00 00000 0 0 

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: Сумма этих чисел равна 7. Далее выбрано простое число М=11, превосходящее эту сумму, и случайное число W(1<W<М), равное 4. Сформировано W^-1, удовлетворяющее соотношению WW^-1 mod M=1, оно равно 3. Значения a_i получены по формуле а_i=W mod M 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 5"=W^-1S mod М 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 заявляемой СППИ 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 задачи, основанной на образовании вектора рюкзака, который не является быстровозрастающим (схема Меркла-Хэллмана). При этом, как указывалось, задача о рюкзаке обязательно включает «лазейку», позволяющую авторизованным пользователям решить задачу.

Настоящее изобретение полезно тем, что оно может быть применено на практике 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. СППИ 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 заявленной системы условию «новизны».

Результаты поиска известных решений в области СППИ с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленной системы, 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 системы передачи и приема информации (СППИ) посредством цифровой связи. Технический результат - повышение эффективности использования частотного ресурса. Для этого СППИ содержит последовательно функционально связанные разнородные источники информации, блок уплотнения бинарных цифровых потоков (БЦП), модулятор низкочастотного сигнала, передатчик, канал связи, приемник, демодулятор низкочастотного сигнала, блок разуплотнения, потребителей информации и, при необходимости, блоки форматирования и множественного доступа. При этом блок уплотнения выполнен с возможностью производства в его процессоре упорядоченного, одновременного за такт считывания двоичных цифр БЦП, умножения их на положительные числа, которые образуют, например, из быстровозрастающих чисел посредством применения схемы Меркла-Хэллмана, и суммирования перемноженных величин с получением потока цифровых символов. Блок разуплотнения выполнен с возможностью одновременного за такт преобразования в его процессоре потока цифровых символов в соответствии со схемой Меркла-Хэллмана. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Система передачи и приема информации от источников информации к ее потребителям посредством цифровой связи, в которой 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, к одному из К_n входов n-го блока уплотнения синхронизированных бинарных цифровых потоков, который выходом подключен через n-й модулятор низкочастотного сигнала к передатчику, функционально связанному через канал передачи, совместимый с передаваемым низкочастотным сигналом, по крайней мере с одним приемником, который подключен через n-й демодулятор низкочастотного сигнала ко входу по крайней мере одного n-го блока разуплотнения синхронизированного цифрового потока, каждый из К_n выходов которого подключен, в том числе при необходимости форматирования цифрового потока в поток информации через свой блок форматирования, к соответствующему потребителю информации, при этом все указанные блоки функционально связаны с системой синхронизации, а при необходимости в систему передачи и приема информации перед передатчиком включен блок множественного доступа, имеющий N входов для доступа синхронизированных потоков сигналов, в том числе других групп источников информации, а после приемника включен блок множественного доступа, имеющий N выходов синхронизированных потоков сигналов, в том числе, для других групп потребителей информации, отличающаяся тем, что n-й блок уплотнения выполнен на процессоре уплотнения с возможностью упорядоченного, например, последовательного от 1 до К_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 а_к посредством применения схемы Меркла-Хэллмана, и суммирования величин а_kx_k с получением n-го потока цифровых символов а n-й блок разуплотнения выполнен на процессоре разуплотнения с возможностью одновременного за такт преобразования в его процессоре n-го потока цифровых символов S_n в соответствии со схемой Меркла-Хэллмана в поток цифровых символов S'_n и S'_n преобразуют согласно соотношению если х,=1, если где i=K_n-1, K_n-2,...,1 и х_i=0 в других случаях, в К_n синхронизированных бинарных цифровых потоков, подаваемых упорядочение, 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 подключения к модулятору, и процессор разуплотнения имеет по крайней мере один вход, являющийся упомянутым входом подключения процессора разуплотнения к демодулятору, и по крайней мере К_n выходов, являющихся упомянутыми выходами подключения процессора разуплотнения.2. Система по п.1, отличающаяся тем, что в нее введен по крайней мере один дополнительный канал передачи по крайней мере информации об опорных уровнях цифровых сигналов для передачи информации, необходимой для организации работы системы.