СПОСОБ ЦИФРОВОЙ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ Российский патент 2012 года по МПК G06F13/38 H03M7/00 

Изобретение относится к телеметрии, технике связи и может быть использовано в системах передачи информации по цифровым каналам связи.

Известен способ цифровой передачи информации, заключающийся в том, что на передающей стороне формируют первичный сигнал, шкала значений которого в 2²ⁿ раз превышает максимально допустимое значение погрешности, формируют передаваемый сигнал путем преобразования первичного сигнала, при этом формирование передаваемого сигнала осуществляют путем дискретизации первичного сигнала с выбранной частотой опроса, формируют передаваемый цифровой сигнал в виде последовательности кодовых слов, содержащих 2n двоичных символов, путем преобразования передаваемого сигнала, при этом формирование передаваемого цифрового сигнала осуществляют путем квантования значений выборок передаваемого сигнала на 2²ⁿ уровней и кодирования значений полученных квантованных выборок равномерным двоичным безизбыточным кодом, передают сформированный цифровой сигнал по каналу связи на приемную сторону, на приемной стороне принимают цифровой сигнал, преобразуют принятый цифровой сигнал в последовательность восстановленных выборок первичного сигнала путем такого преобразования соответствующей последовательности кодовых слов принятого цифрового сигнала, что значение каждой восстановленной выборки первичного сигнала равно значению соответствующего кодового слова принятого цифрового сигнала, восстанавливают первичный сигнал путем фильтрации последовательности восстановленных выборок первичного сигнала [1].

Известный способ цифровой передачи информации предусматривает выполнение следующих операций:

формирование на передающей стороне первичного сигнала S_п(t) с динамическим диапазоном D_п=2²ⁿ значений;

формирование на передающей стороне цифрового сигнала S_ц(t)=ΣS_ц(t-iT_o) в виде последовательности кодовых слов S_ц(t-iT_o), содержащих 2n двоичных символов, путем дискретизации первичного сигнала S_п(t) с выбранной частотой F_o=1/T_o опроса, квантования значений полученных в результате дискретизации выборок на 2²ⁿ уровней с шагом квантования d=U_ш0/2²ⁿ, в 2²ⁿ раз меньшим шкалы U_ш0 значений первичного сигнала S_п(t) и кодирования значений полученных квантованных выборок равномерным двоичным безизбыточным кодом;

передачу сформированной последовательности S_ц(t) кодовых слов по каналу связи на приемную сторону;

прием на приемной стороне полученной последовательности S_ц(t) кодовых слов;

формирование на приемной стороне восстановленной последовательности выборок S_д(t)=∑S_п(t-iT_o) первичного сигнала путем такого преобразования принятой последовательности S_ц(t) кодовых слов, что значение каждой восстановленной выборки S_п(t-iT_o) первичного сигнала равно значению соответствующего принятого кодового слова S_ц(t-iT_o);

восстановление на приемной стороне первичного сигнала S_п(t) путем фильтрации полученной последовательности восстановленных выборок S_д(t) первичного сигнала с помощью фильтра нижних частот с частотой среза F_cp=F_o/2=1/(2Т_о), равной половине частоты F_o опроса.

Известный способ цифровой передачи информации обеспечивает передачу информации при заданном динамическом диапазоне D_п значений первичного сигнала. Однако из-за действия в канале связи нормального белого шума n(t) с нулевым математическим ожиданием и стандартным отклонением σ_n в словах принятого цифрового сигнала возникают ошибки, в результате чего значения восстановленных выборок первичного сигнала на приемной стороне не совпадают с соответствующими значениями S_п(t-jT_o) выборок первичного сигнала на передающей стороне.

Поэтому недостатком известного способа цифровой передачи информации является недостаточная точность передачи информации при фиксированных значениях динамического диапазона D_п значений первичного сигнала S_п(t) и стандартного отклонения σ_n нормального белого шума n(t) в канале связи.

Наиболее близким к предлагаемому является известный способ цифровой передачи информации, заключающийся в том, что на передающей стороне формируют первичный сигнал, шкала значений которого в 2²ⁿ раз превышает максимально допустимое значение погрешности, формируют передаваемый сигнал путем преобразования первичного сигнала, для чего формируют задержанный первичный сигнал путем задержки первичного сигнала на период опроса, после чего передаваемый сигнал формируют путем вычитания из первичного сигнала задержанного первичного сигнала, формируют передаваемый цифровой сигнал в виде последовательности кодовых слов, содержащих 2n двоичных символов, путем дискретизации передаваемого сигнала с выбранной частотой опроса, квантования значений полученных в результате дискретизации выборок на 2²ⁿ уровней и кодирования значений полученных квантованных выборок равномерным двоичным безизбыточным кодом, передают сформированный цифровой сигнал по каналу связи на приемную сторону, на приемной стороне принимают цифровой сигнал, преобразуют принятый цифровой сигнал в принятый дискретный сигнал в виде последовательности выборок путем такого преобразования соответствующей последовательности кодовых слов принятого цифрового сигнала, что значение каждой выборки принятого дискретного сигнала равно значению соответствующего кодового слова принятого цифрового сигнала, формируют последовательность восстановленных выборок первичного сигнала путем преобразования последовательности выборок принятого дискретного сигнала, при этом значение каждой восстановленной выборки первичного сигнала определяют путем суммирования значения предшествующей восстановленной выборки первичного сигнала и соответствующего значения восстановленной выборки первого принятого дискретного сигнала, восстанавливают первичный сигнал путем фильтрации последовательности восстановленных выборок первичного сигнала [2].

Известный способ цифровой передачи информации предусматривает выполнение следующих операций:

формирование на передающей стороне первичного сигнала S_п(t) с динамическим диапазоном D_п=2²ⁿ значений, шкала значений которого в 2²ⁿ раз превышает максимально допустимое значение ε_макс погрешности;

формирование на передающей стороне передаваемого сигнала S_пр(t)=S_п(t)-S_з(t)=S_п(t)-S_п(t-T_o) путем формирования задержанного на период Т_о опроса первичного сигнала S_з(t)=S_п(t-Т_о) и вычитания из первичного сигнала S_п(t) задержанного первичного сигнала S_з(t)=S_п(t-Т_о);

формирование на передающей стороне цифрового сигнала S_ц(t)=∑S_ц(t-iT_o) в виде последовательности кодовых слов S_ц(t-iT_o), содержащих 2n двоичных символов, путем дискретизации передаваемого сигнала S_пр(t) с выбранной частотой F_o=1/T_o опроса, квантования значений полученных в результате дискретизации выборок на 2²ⁿ уровней с шагом квантования d=U_ш0/2²ⁿ, в 2²ⁿ раз меньшим шкалы U_ш0 значений первичного сигнала S_п(t), и кодирования значений полученных квантованных выборок равномерным двоичным безизбыточным кодом;

передачу сформированного цифрового сигнала по каналу связи на приемную сторону;

прием на приемной стороне цифрового сигнала ;

преобразование на приемной стороне принятого цифрового сигнала в принятый дискретный сигнал в виде последовательности выборок путем такого преобразования соответствующей последовательности кодовых слов принятого цифрового сигнала, что значение каждой выборки принятого дискретного сигнала равно значению соответствующего кодового слова принятого цифрового сигнала

формирование на приемной стороне восстановленной последовательности выборок первичного сигнала путем преобразования принятого дискретного сигнала для чего значение каждой восстановленной выборки первичного сигнала определяют путем суммирования значения предшествующей восстановленной выборки первичного сигнала и соответствующего значения восстановленной выборки принятого дискретного сигнала;

восстановление на приемной стороне первичного сигнала путем фильтрации полученной последовательности восстановленных выборок первичного сигнала с помощью фильтра нижних частот с частотой среза F_cp=F_o/2=1/(2Т_о), равной половине частоты F_o опроса.

Известный способ цифровой передачи информации обеспечивает сокращение избыточности передаваемой информации при заданном динамическом диапазоне D_п значений первичного сигнала за счет использования разностного представления первичного сигнала. Однако из-за действия в канале связи нормального белого шума n(t) с нулевым математическим ожиданием и стандартным отклонением σ_n в словах принятого цифрового сигнала возникают ошибки, в результате чего значения выборок принятого дискретного сигнала и соответствующие значения восстановленных выборок первичного сигнала на приемной стороне не совпадают с соответствующими значениями выборок S_пр(t-iT_o) передаваемого сигнала и с соответствующими значениями S_п(t-jT_o) выборок первичного сигнала на передающей стороне.

Поэтому недостатком известного способа дискретной передачи информации также является недостаточная точность передачи информации при фиксированных значениях динамического диапазона D_п значений первичного сигнала S_п(t) и стандартного отклонения σ_n нормального белого шума n(t) в канале связи.

Технический результат состоит в повышении точности передачи информации при фиксированных значениях динамического диапазона значений первичного сигнала и стандартного отклонения нормального белого шума в канале связи.

Для достижения указанного технического результата в способ цифровой передачи информации, заключающийся в том, что на передающей стороне формируют первичный сигнал, шкала значений которого в 2²ⁿ раз превышает максимально допустимое значение погрешности, формируют первый передаваемый сигнал путем преобразования первичного сигнала, формируют первый цифровой сигнал в виде последовательности кодовых слов, содержащих 2n двоичных символов, путем дискретизации первого передаваемого сигнала с выбранной частотой опроса, квантования значений полученных в результате дискретизации выборок на 2²ⁿ уровней и кодирования значений полученных квантованных выборок равномерным двоичным безизбыточным кодом, передают сформированный первый цифровой сигнал по каналу связи на приемную сторону, на приемной стороне принимают первый цифровой сигнал, преобразуют первый принятый цифровой сигнал в первый принятый дискретный сигнал в виде последовательности выборок путем такого преобразования соответствующей последовательности кодовых слов первого принятого цифрового сигнала, что значение каждой выборки первого принятого дискретного сигнала равно значению соответствующего кодового слова первого принятого цифрового сигнала, формируют последовательность восстановленных выборок первичного сигнала, восстанавливают первичный сигнал путем фильтрации последовательности восстановленных выборок первичного сигнала, введены новые операции, а именно: на передающей стороне первый передаваемый сигнал формируют путем преобразования значений первичного сигнала по модулю (2ⁿ-1), усиления в (2ⁿ+1) раз и суммирования с постоянным сигналом, значение которого в (2ⁿ-1)/2 раз превышает максимально допустимое значение погрешности, при этом формируют второй передаваемый сигнал путем преобразования значений первичного сигнала по модулю (2ⁿ+1), усиления в (2ⁿ-1) раз и суммирования с постоянным сигналом, значение которого в (2ⁿ+1)/2 раз превышает максимально допустимое значение погрешности, формируют второй цифровой сигнал в виде последовательности кодовых слов, содержащих 2n двоичных символов, путем дискретизации второго передаваемого сигнала с выбранной частотой опроса, квантования значений полученных в результате дискретизации выборок на 2²ⁿ уровней и кодирования значений полученных квантованных выборок равномерным двоичным безизбыточным кодом, передают сформированный второй цифровой сигнал по каналу связи на приемную сторону, при этом на приемной стороне принимают второй цифровой сигнал, преобразуют второй принятый цифровой сигнал в второй принятый дискретный сигнал в виде последовательности выборок путем такого преобразования соответствующей последовательности кодовых слов второго принятого цифрового сигнала, что значение каждой выборки второго принятого дискретного сигналов равно значению соответствующего кодового слова второго принятого цифрового сигнала, при этом последовательность восстановленных выборок первичного сигнала формируют путем преобразования выборок первого и второго принятых дискретных сигналов следующим образом: уменьшают значения выборок первого принятого дискретного сигнала путем вычитания из него постоянного сигнала, значение которого в (2ⁿ-1)/2 раз превышает максимально допустимое значение погрешности, уменьшают значения выборок второго принятого дискретного сигнала путем вычитания из него постоянного сигнала, значение которого в (2ⁿ+1)/2 раз превышает максимально допустимое значение погрешности, осуществляют квантование значений уменьшенных выборок первого принятого дискретного сигнала на (2ⁿ+1) уровней, осуществляют квантование значений уменьшенных выборок второго принятого дискретного сигнала на (2ⁿ-1) уровней, усиливают в (2ⁿ+1) раз значение каждой квантованной уменьшенной выборки первого принятого дискретного сигнала, усиливают в (2ⁿ-1) раз значение каждой квантованной уменьшенной выборки второго принятого дискретного сигнала, формируют единую последовательность усиленных квантованных уменьшенных выборок, значение каждой выборки которой определяют путем суммирования значений соответствующих усиленных квантованных уменьшенных выборок первого и второго принятых дискретных сигналов, формируют единую последовательность усиленных восстановленных выборок первичного сигнала, значения которых определяют путем усиления значений соответствующих выборок единой последовательности усиленных квантованных уменьшенных выборок в (2^n-1) раз и преобразуют значения усиленных восстановленных выборок первичного сигнала по модулю (2²ⁿ-1).

При этом преобразование значений сигнала по модулю n осуществляют следующим образом: формируют n равномерно распределенных в пределах шкалы значений сигнала пороговых уровней, сравнивают каждое значение сигнала со значениями всех пороговых уровней, определяют значение максимального из превышенных пороговых уровней и преобразуют каждое значение сигнала путем вычитания из него значения максимального из превышенных пороговых уровней.

Преобразование значений выборок сигнала по модулю n осуществляют следующим образом: формируют n равномерно распределенных в пределах шкалы значений сигнала пороговых уровней, сравнивают значение каждой выборки сигнала со значениями всех пороговых уровней, определяют значение максимального из превышенных пороговых уровней и преобразуют значение каждой выборки сигнала путем вычитания из него значения максимального из превышенных пороговых уровней.

Кроме того, квантование значений выборок сигнала на n уровней осуществляют следующим образом: формируют n равномерно распределенных в пределах шкалы значений сигнала пороговых уровней, сравнивают значение каждой выборки сигнала со значениями всех пороговых уровней, определяют значение максимального из превышенных пороговых уровней, значение каждой квантованной выборки сигнала принимают равным соответствующему значению максимального из превышенных пороговых уровней.

Предлагаемый способ цифровой передачи информации предполагает передачу по каналу связи первого и второго цифровых сигналов, последовательности кодовых слов которых соответствуют в моменты опроса усиленным соответственно в (2ⁿ+1) и (2ⁿ-1) раз значениям первого и второго передаваемых сигналов с динамическими диапазонами D_п1=D_п(2ⁿ-1) и D_п2=D_п/(2ⁿ+1) их значений соответственно. Это позволяет в среднем в соответствующее число раз после соответствующей обработки на приемной стороне уменьшить значение ε погрешности значений первого и второго принятых дискретных сигналов, что и обеспечивает положительный технический результат - повышение точности передачи информации при фиксированных значениях динамического диапазона D_п значений выборок первичного сигнала и стандартного отклонения σ_n нормального белого шума n(t) в канале связи.

На фиг.1 представлена структурная схема системы цифровой передачи информации, реализующей предлагаемый способ, в табл.1 и табл.2 представлены значения сигналов в сечениях данной схемы в разные моменты опроса (j=1,…,25) при допустимом значении погрешности ε_макс=1 и шкале значений первичного сигнала U_ш0=(2²ⁿ×ε_макс)=256 для частного случая n=4.

Система цифровой передачи информации на передающей стороне содержит источник 1 информации, последовательно соединенные первый преобразователь 2 значений сигнала и первый аналого-цифровой преобразователь 4, последовательно соединенные второй преобразователь 3 значений сигнала и второй аналого-цифровой преобразователь 5, а также первый формирователь 6 пороговых уровней, первая группа пороговых выходов и первый опорный выход которого соединены с соответствующими пороговыми и опорным входами первого преобразователя 2 значений сигнала, информационный вход которого подключен к выходу источника 1 информации и к информационному входу второго преобразователя 3 значений сигнала, пороговые и опорный входы которого соединены соответственно с второй группой пороговых выходов и вторым опорным выходом первого формирователя 6 пороговых уровней, выходы первого и второго аналого-цифровых преобразователей 4 и 5 соединены соответственно с первым и вторым входами канала 7 связи.

Система цифровой передачи информации на приемной стороне содержит первый и второй преобразователи 8 и 9 код/амплитуда импульса, второй формирователь 11 пороговых уровней и последовательно соединенные преобразователь 10 значений выборок, фильтр 12 нижних частот и получатель 13 информации. Входы первого и второго преобразователей 8 и 9 код/амплитуда импульса соединены соответственно с первым и вторым выходами канала 6 связи, а выходы подключены соответственно к первому и второму информационным входам преобразователя 10 значений выборок, первый и второй опорные входы, первая, вторая и третья группы пороговых входов которого соединены с соответствующими выходами второго формирователя 11 пороговых уровней.

Система цифровой передачи информации, реализующая предлагаемый способ, функционирует следующим образом.

На передающей стороне с помощью источника 1 информации формируют первичный сигнал S_п(t) с динамическим диапазоном D_п=2²ⁿ значений, шкала U_ш0=(2²ⁿ×ε_макс) значений которого в 2²ⁿ раз превышает максимально допустимое значение ε_макс погрешности. Значения S_п(t-jT_o) первичного сигнала S_п(t) в различные моменты jT_o времени (j=1,…,25) приведены в столбцах 2 табл.1 и табл.2.

Сформированный первичный сигнал S_п(t) подают на информационные входы первого и второго преобразователей 2 и 3 значений сигнала, с помощью которых осуществляют преобразование первичного сигнала S_п(t) в первый и второй передаваемые сигналы S_1пр(t) и S_2пр(t) соответственно.

Первый передаваемый сигнал S_1пр(t) формируют путем преобразования первичного сигнала S_п(t) следующим образом.

На первой группе пороговых выходов первого формирователя 6 пороговых уровней формируют (2ⁿ+1) пороговых уровней, значения U_1i=i(2ⁿ-1)×ε_макс, [i=0, 2ⁿ], которых равномерно распределены в пределах шкалы U_ш0 значений первичного сигнала. На первом опорном выходе первого формирователя 6 пороговых уровней формируют первый опорный сигнал, значение которого постоянно и в (2ⁿ-1)/2 раз превышает максимально допустимое значение ε_макс погрешности. Указанные пороговые уровни и первый опорный сигнал подают на соответствующие пороговые и опорный входы первого преобразователя 2 значений сигнала.

С помощью первого преобразователя 2 значений сигнала формируют первый передаваемый сигнал S_1пр(t) путем преобразования значения первичного сигнала S_п(t) по модулю (2ⁿ-1) (значения S_1пм(t-jT_o) соответствующего первого преобразованного сигнала в различные моменты jT_o времени приведены в столбце 3 табл.1), усиления в (2ⁿ+1) раз (значения S_1пму(t-jT_o) первого усиленного преобразованного сигнала в различные моменты jT_o времени приведены в столбце 5 табл.1), и суммирования с постоянным сигналом, значение которого в (2ⁿ-1)/2 раз превышает максимально допустимое значение ε_макс погрешности. При этом преобразование значения первичного сигнала S_п(t) по модулю (2ⁿ-1) осуществляют следующим образом: сравнивают значение S_п(t) первичного сигнала со значениями U_1i всех (2ⁿ+1) пороговых уровней, определяют значение U_{1i макс}(t) максимального из превышенных пороговых уровней и преобразуют значение S_п(t) первичного сигнала путем вычитания из него значения U_{1i макс}(t) максимального из превышенных пороговых уровней. В результате на выходе первого преобразователя 2 значений сигнала формируют первый передаваемый сигнал S_1пр(t)={[S_п(t)-U_{1i макс}(t)](2ⁿ+1)+ε_макс(2ⁿ-1)/2} (значения S_1пр(t-jT_o) первого передаваемого сигнала в различные моменты моменты jT_o приведены в столбце 7 табл.1).

Второй передаваемый сигнал S_2пр(t) формируют путем преобразования первичного сигнала S_п(t) следующим образом.

На второй группе пороговых выходов первого формирователя 6 пороговых уровней формируют (2ⁿ-1) пороговых уровней, значения U_2i=i(2ⁿ+1)×ε_макс, [i=0, (2ⁿ-2)], которых равномерно распределены в пределах шкалы U_ш0 значений первичного сигнала. На втором опорном выходе первого формирователя 6 пороговых уровней формируют второй опорный сигнал, значение которого постоянно и в (2ⁿ+1)/2 раз превышает максимально допустимое значение ε_макс погрешности. Указанные пороговые уровни и второй опорный сигнал подают на соответствующие пороговые и опорный входы второго преобразователя 3 значений сигнала.

С помощью второго преобразователя 3 значений сигнала формируют второй передаваемый сигнал S_2пр(t) путем преобразования значения первичного сигнала S_п(t) по модулю (2ⁿ+1) (значения S_2пм(t-jT_o) соответствующего второго преобразованного сигнала в различные моменты jT_o времени приведены в столбце 4 табл.1), усиления в (2ⁿ-1) раз (значения S_2пму(t-jT_o) второго усиленного преобразованного сигнала в различные моменты jT_o времени приведены в столбце 6 табл.1), и суммирования с постоянным сигналом, значение которого в (2ⁿ+1)/2 раз превышает максимально допустимое значение ε_макс погрешности. При этом преобразование значения первичного сигнала S_п(t) по модулю (2ⁿ+1) осуществляют следующим образом: сравнивают значение S_п(t) первичного сигнала со значениями U_2i всех (2ⁿ-1) пороговых уровней, определяют значение U_{2i макс}(t) максимального из превышенных пороговых уровней и преобразуют значение S_п(t) первичного сигнала путем вычитания из него значения U_{2i макс}(t) максимального из превышенных пороговых уровней. В результате на выходе первого преобразователя 2 значений сигнала формируют первый передаваемый сигнал S_2пр(t)={[S_п(t)-U_{2i макс}(t)] (2ⁿ-1)+ε_макс (2ⁿ+1)/2} (значения S_2пр(t-jT_o) второго передаваемого сигнала в различные моменты jТ_о времени приведены в столбце 8 табл.1), который подают на вход второго аналого-цифрового преобразователя 5.

Сформированные первый и второй передаваемые сигналы S_1пр(t) и S_2пр(t) подают с выходов первого и второго преобразователей 2 и 3 значений сигнала соответственно на входы первого и второго аналого-цифровых преобразователей 4 и 5, с помощью которых осуществляют аналого-цифровое преобразование указанных сигналов путем их дискретизации с выбранной частотой F_o=1/T_o опроса, квантования значений полученных в результате дискретизации выборок на 2²ⁿ уровней и кодирования значений полученных квантованных выборок равномерным двоичным безизбыточным кодом. В результате на выходах первого и второго аналого-цифровых преобразователей 4 и 5 получают первый и второй цифровые сигналы S_1ц(t)=∑S_1ц(t-jT_o) и S_2ц(t)=∑S_2ц(t-jT_o) в виде последовательностей двоичных слов S_1ц(t-jT_o) и S_2ц(t-jT_o), состоящих из 2n разрядов (значения символов двоичных слов S_1ц(t-jT_o) и S_2ц(t-jT_o) сформированных цифровых сигналов S_1ц(t) и S_2ц(t) в различные моменты jT_o времени приведены в столбцах 9 и 10 табл.1).

Сформированные с помощью первого и второго аналого-цифровых преобразователей 4 и 5 первый и второй цифровые сигналы S_1ц(t) и S_2ц(t) передают по каналу 7 связи на приемную сторону.

В процессе передачи цифровых сигналов S_1ц(t) и S_2ц(t) в результате воздействия нормального белого шума происходит искажение символов передаваемых двоичных слов S_1ц(t-jT_o) и S_2ц(t-jT_o), поэтому на выходе канала 7 связи могут возникать ошибки. Случайные векторы ошибок N₁(t) и N₂(t) в словах передаваемых цифровых сигналов S_1ц(t) и S_2ц(t) при нулевом математическом ожидании и стандартном отклонении σ_n=3ε_макс нормального белого шума в различные моменты jT_o времени приведены соответственно в столбцах 11 и 12 табл.1 и в столбцах 3 и 4 табл.2.

На приемной стороне принимают полученные искаженные первый и второй цифровые сигналы и (значения искаженных символов двоичных слов и принятых цифровых сигналов и в различные моменты jT_o времени приведены в столбцах 13 и 14 табл.1 и в столбцах 5 и 6 табл.2), после чего восстанавливают последовательность выборок первичного сигнала путем преобразования принятых из канала 7 связи искаженных цифровых сигналов и . Для этого выполняют следующие операции.

Полученные первый и второй цифровые сигналы и подают с первого и второго выходов канала 7 связи на входы соответственно первого и второго преобразователей 8 и 9 код/амплитуда импульса.

С помощью первого и второго преобразователей 8 и 9 код/амплитуда импульса осуществляют преобразование значений двоичных слов и (см. столбцы 13 и 14 табл.1 и столбцы 5 и 6 табл.2) первого и второго принятых цифровых сигналов и в значения выборок и (значения этих выборок в различные моменты jT_o времени приведены в столбцах 7 и 8 табл.2) соответственно первого и второго принятых дискретных сигналов и .

Далее первый и второй принятые дискретные сигналы и подают с выходов первого и второго преобразователей 8 и 9 код/амплитуда импульса соответственно на первый и второй информационные входы преобразователя 10 значений выборок, с помощью которого формируют последовательность восстановленных выборок первичного сигнала.

Формирование последовательности восстановленных выборок первичного сигнала путем преобразования выборок первого и второго принятых дискретных сигналов и осуществляют следующим образом.

Вначале уменьшают значения выборок первого принятого дискретного сигнала и значения выборок второго принятого дискретного сигнала Для этого на первый и второй опорные входы преобразователя 10 значений выборок с соответствующих опорных выходов второго формирователя 11 пороговых уровней подают первый и второй опорные сигналы, значения которых постоянны и в (2ⁿ-1)/2 и в (2ⁿ+1)/2 раз соответственно превышают максимально допустимое значение ε_макс погрешности. При этом значения выборок первого принятого дискретного сигнала уменьшают путем вычитания постоянного сигнала, значение которого в (2ⁿ-1)/2 раз превышает максимально допустимое значение ε_макс погрешности (значения уменьшенных выборок первого принятого дискретного сигнала в различные моменты jT_o времени приведены в столбце 9 табл.2). В то же время значения выборок второго принятого дискретного сигнала уменьшают путем вычитания постоянного сигнала, значение которого в (2ⁿ+1)/2 раз превышает максимально допустимое значение ε_макс погрешности (значения уменьшенных выборок второго принятого дискретного сигнала в различные моменты jT_o времени приведены в столбце 10 табл.2).

Затем осуществляют квантование значений уменьшенных выборок первого принятого дискретного сигнала на (2ⁿ+1) уровней. Для этого на первую группу пороговых входов преобразователя 10 значений выборок с первой группы пороговых выходов второго формирователя 11 пороговых уровней подают (2ⁿ+1) пороговых уровней, значения U_1i=i(2ⁿ-1)×ε_макс, [i=0, 2ⁿ], которых равномерно распределены в пределах шкалы U_ш0 значений первичного сигнала. При этом квантование значений уменьшенных выборок первого принятого дискретного сигнала на (2ⁿ+1) уровней осуществляют следующим образом: сравнивают значение каждой выборки (см. столбец 9 табл.2) первого принятого дискретного сигнала со значениями U_1i всех (2ⁿ+1) пороговых уровней, определяют значение U_{1i макс}(t-jT_o) максимального из превышенных пороговых уровней и значение каждой квантованной уменьшенной выборки первого принятого дискретного сигнала принимают равным соответствующему значению U_{1i макс}(t-jT_o) максимального из превышенных пороговых уровней (значения квантованных уменьшенных выборок первого принятого дискретного сигнала в различные моменты jT_o времени приведены в столбце 11 табл.2).

В то же время осуществляют квантование значений уменьшенных выборок второго принятого дискретного сигнала на (2ⁿ-1) уровней. Для этого на вторую группу пороговых входов преобразователя 10 значений выборок с второй группы пороговых выходов второго формирователя 11 пороговых уровней подают (2ⁿ-1) пороговых уровней, значения U_2i=i(2ⁿ+1)×ε_макс, [i=0, (2ⁿ-2)], которых равномерно распределены в пределах шкалы U_ш0 значений первичного сигнала. При этом квантование значений уменьшенных выборок второго принятого дискретного сигнала на (2ⁿ-1) уровней осуществляют следующим образом: сравнивают значение каждой выборки (см. столбец 10 табл.2) второго принятого дискретного сигнала со значениями U_2i всех (2ⁿ-1) пороговых уровней, определяют значение U_{2i макс}(t-jT_o) максимального из превышенных пороговых уровней и значение каждой квантованной уменьшенной выборки второго принятого дискретного сигнала принимают равным соответствующему значению U_{2i макс}(t-jT_o) максимального из превышенных пороговых уровней (значения квантованных уменьшенных выборок второго принятого дискретного сигнала в различные моменты jT_o времени приведены в столбце 12 табл.2).

После этого значение каждой квантованной уменьшенной выборки первого принятого дискретного сигнала усиливают в (2ⁿ+1) раз, а значение каждой квантованной уменьшенной выборки второго принятого дискретного сигнала усиливают в (2ⁿ-1) раз.

Далее формируют единую последовательность квантованных уменьшенных выборок, значение каждой выборки которой определяют путем суммирования значений и соответствующих усиленных квантованных уменьшенных выборок первого и второго принятых дискретных сигналов.

Затем формируют единую последовательность усиленных восстановленных выборок первичного сигнала, значения которых (столбец 13 табл.2) определяют путем усиления значений соответствующих выборок единой последовательности квантованных уменьшенных выборок в (2^n-1) раз.

Наконец, формируют последовательность восстановленных выборок первичного сигнала путем преобразования значений усиленных восстановленных выборок первичного сигнала по модулю (2²ⁿ-1). Для этого на третью группу пороговых входов преобразователя 10 значений выборок с третьей группы пороговых выходов второго формирователя 11 пороговых уровней подают (2²ⁿ-1) пороговых уровней, значения U_3i=i ε_макс, [i=0, 2²ⁿ-2], которых равномерно распределены в пределах шкалы U_ш0 значений первичного сигнала. При этом преобразование значений усиленных восстановленных выборок первичного сигнала по модулю (2²ⁿ-1) осуществляют следующим образом: сравнивают значение каждой усиленной восстановленной выборки первичного сигнала со значениями U_3i всех (2²ⁿ-1) пороговых уровней, определяют значение U_{3i макс}(t-nТ_о) максимального из превышенных пороговых уровней и преобразуют значение каждой усиленной восстановленной выборки первичного сигнала путем вычитания из него значения U_{3i макс}(t-jT_o) максимального из превышенных пороговых уровней.

В результате на выходе преобразователя 10 значений выборок получают последовательность восстановленных выборок первичного сигнала (значения восстановленных выборок первичного сигнала в различные моменты jT_o времени приведены в столбце 14 табл.2).

Последовательность восстановленных выборок первичного сигнала подают с выхода преобразователя 10 значений выборок на вход фильтра 12 нижних частот с частотой среза, равной половине частоты F_o опроса. С помощью фильтра 12 нижних частот восстанавливают первичный сигнал S_пв(t) путем фильтрации последовательности восстановленных выборок первичного сигнала.

Восстановленный первичный сигнал S_пв(t) с выхода фильтра 12 нижних частот подают на вход получателя 13 информации.

Основу изобретения составляет такой выбор типа преобразований первичного сигнала, при котором значение погрешности его восстановления на приемной стороне уменьшается в несколько раз при фиксированных значениях динамического диапазона D_п значений первичного сигнала и стандартного отклонения σ_n нормального белого шума n(t) в канале связи.

Например, в приведенном примере (см. табл.1 и табл.2) реализации заявленного способа цифровой передачи информации при значении динамического диапазона значений первичного сигнала D_п=U_ш0/ε_макс=2²ⁿ=256 (n=4) случайные векторы ошибок N₁(t) и N₂(t) в словах принимаемых цифровых сигналов и возникают из-за действия в канале связи нормальных белых шумов n₁(t) и n₂(t) с нулевым математическим ожиданием и стандартным отклонением σ_n=3ε_макс. При этом значения N₁(t-jT_o) и N₂(t-jT_o) векторов ошибок (см. столбцы 11 и 12 табл.1 и столбцы 3 и 4 табл.2) в различные моменты jT_o времени таковы, что примерно соответствуют вероятности ошибки на бит Р_б=0,2. Однако значения восстановленных выборок (см. столбец 14 табл.2) первичного сигнала на приемной стороне совпадают с соответствующими значениями S_п(t-jT_o) выборок (столбец 2 табл.2) первичного сигнала на передающей стороне.

Таким образом, достигается технический результат - повышение точности передачи информации при фиксированных значениях динамического диапазона D_п значений выборок первичного сигнала и стандартного отклонения σ_n нормального белого шума n(t) в канале связи.

Литература

1. Радиотехнические системы передачи информации: Учеб. Пособие для вузов. / В.А.Борисов, В.В.Калмыков, Я.М.Ковальчук и др.; Под. ред. В.В.Калмыкова. - М.: Радио и связь, 1990, с.204-205.

2. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей: Учебник для вузов. / В.В.Крухмалев, В.Н.Гордиенко, А.Д.Моченов и др.; Под. ред. В.Н.Гордиенко и В.В.Крухмалева. - М.: Горячая линия - Телеком, 2004, с.238-239.

Изобретение относится к способу передачи информации по цифровым каналам связи. Технический результат заключается в повышении точности передачи информации при фиксированных значениях динамического диапазона значений выборок первичного сигнала и стандартного отклонения нормального белого шума в канале связи. На передающей стороне с помощью источника информации формируют первичный сигнал, преобразуют его с помощью первого и второго преобразователей значений сигнала соответственно в первый и второй передаваемые сигналы, преобразуют их с помощью первого и второго аналого-цифровых преобразователей соответственно в первый и второй цифровые сигналы, которые передают по каналу связи на приемную сторону. На приемной стороне с помощью первого и второго преобразователей код/амплитуда импульса преобразуют первый и второй принятые цифровые сигналы соответственно в первый и второй принятые дискретные сигналы, преобразуют первый и второй принятые дискретные сигналы с помощью преобразователя значений выборок в последовательность восстановленных выборок первичного сигнала и восстанавливают первичный сигнал путем фильтрации последовательности восстановленных выборок первичного сигнала с помощью фильтра нижних частот с частотой среза, равной половине частоты опроса. 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

1. Способ цифровой передачи информации, заключающийся в том, что на передающей стороне формируют первичный сигнал, шкала значений которого в 2²ⁿ раз превышает максимально допустимое значение погрешности, формируют первый передаваемый сигнал путем преобразования первичного сигнала, формируют первый цифровой сигнал в виде последовательности кодовых слов, содержащих 2n двоичных символов, путем дискретизации первого передаваемого сигнала с выбранной частотой опроса, квантования значений полученных в результате дискретизации выборок на 2²ⁿ уровней и кодирования значений полученных квантованных выборок равномерным двоичным безизбыточным кодом, передают сформированный первый цифровой сигнал по каналу связи на приемную сторону, на приемной стороне принимают первый цифровой сигнал, преобразуют первый принятый цифровой сигнал в первый принятый дискретный сигнал в виде последовательности выборок путем такого преобразования соответствующей последовательности кодовых слов первого принятого цифрового сигнала, что значение каждой выборки первого принятого дискретного сигнала равно значению соответствующего кодового слова первого принятого цифрового сигнала, формируют последовательность восстановленных выборок первичного сигнала, восстанавливают первичный сигнал путем фильтрации последовательности восстановленных выборок первичного сигнала, отличающийся тем, что на преобразования значений первичного сигнала по модулю (2ⁿ-1), усиления в (2ⁿ+1) раз и суммирования с постоянным сигналом, значение которого в (2ⁿ-1)/2 раз превышает максимально допустимое значение погрешности, при этом формируют второй передаваемый сигнал путем преобразования значений первичного сигнала по модулю (2ⁿ+1), усиления в (2ⁿ-1) раз и суммирования с постоянным сигналом, значение которого в (2ⁿ+1)/2 раз превышает максимально допустимое значение погрешности, формируют второй цифровой сигнал в виде последовательности кодовых слов, содержащих 2n двоичных символов, путем дискретизации второго передаваемого сигнала с выбранной частотой опроса, квантования значений полученных в результате дискретизации выборок на 2²ⁿ уровней и кодирования значений полученных квантованных выборок равномерным двоичным безизбыточным кодом, передают сформированный второй цифровой сигнал по каналу связи на приемную сторону, при этом на приемной стороне принимают второй цифровой сигнал, преобразуют второй принятый цифровой сигнал в второй принятый дискретный сигнал в виде последовательности выборок путем такого преобразования соответствующей последовательности кодовых слов второго принятого цифрового сигнала, что значение каждой выборки второго принятого дискретного сигналов равно значению соответствующего кодового слова второго принятого цифрового сигнала, при этом последовательность восстановленных выборок первичного сигнала формируют путем преобразования выборок первого и второго принятых дискретных сигналов следующим образом: уменьшают значения выборок первого принятого дискретного сигнала путем вычитания из него постоянного сигнала, значение которого в (2ⁿ-1)/2 раз превышает максимально допустимое значение погрешности, уменьшают значения выборок второго принятого дискретного сигнала путем вычитания из него постоянного сигнала, значение которого в (2ⁿ+1)/2 раз превышает максимально допустимое значение погрешности, осуществляют квантование значений уменьшенных выборок первого принятого дискретного сигнала на (2ⁿ+1) уровней, осуществляют квантование значений уменьшенных выборок второго принятого дискретного сигнала на (2ⁿ-1) уровней, усиливают в (2ⁿ+1) раз значение каждой квантованной уменьшенной выборки первого принятого дискретного сигнала, усиливают в (2ⁿ-1) раз значение каждой квантованной уменьшенной выборки второго принятого дискретного сигнала, формируют единую последовательность усиленных квантованных уменьшенных выборок, значение каждой выборки которой определяют путем суммирования значений соответствующих усиленных квантованных уменьшенных выборок первого и второго принятых дискретных сигналов, формируют единую последовательность усиленных восстановленных выборок первичного сигнала, значения которых определяют путем усиления значений соответствующих выборок единой последовательности усиленных квантованных уменьшенных выборок в (2^n-1) раз и преобразуют значения усиленных восстановленных выборок первичного сигнала по модулю (2²ⁿ-1).

2. Способ цифровой передачи информации по п.1, отличающийся тем, что преобразование значений сигнала по модулю n осуществляют следующим образом: формируют n равномерно распределенных в пределах шкалы значений сигнала пороговых уровней, сравнивают каждое значение сигнала со значениями всех пороговых уровней, определяют значение максимального из превышенных пороговых уровней и преобразуют каждое значение сигнала путем вычитания из него значения максимального из превышенных пороговых уровней.

3. Способ цифровой передачи информации по п.1, отличающийся тем, что преобразование значений выборок сигнала по модулю n осуществляют следующим образом: формируют n равномерно распределенных в пределах шкалы значений сигнала пороговых уровней, сравнивают значение каждой выборки сигнала со значениями всех пороговых уровней, определяют значение максимального из превышенных пороговых уровней и преобразуют значение каждой выборки сигнала путем вычитания из него значения максимального из превышенных пороговых уровней.

4. Способ цифровой передачи информации по п.1, отличающийся тем, что квантование значений выборок сигнала на n уровней осуществляют следующим образом: формируют n равномерно распределенных в пределах шкалы значений сигнала пороговых уровней, сравнивают значение каждой выборки сигнала со значениями всех пороговых уровней, определяют значение максимального из превышенных пороговых уровней, значение каждой квантованной выборки сигнала принимают равным соответствующему значению максимального из превышенных пороговых уровней.