СИСТЕМА ДИСКРЕТНОЙ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ Российский патент 2012 года по МПК G08C19/28 

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

Известна система дискретной передачи информации, содержащая: на передающей стороне - последовательно соединенные источник информации и дискретизатор, выход которого подключен к входу канала связи, а на приемной стороне - последовательно соединенные фильтр нижних частот, вход которого подключен к выходу канала связи, и получатель информации [1].

На передающей стороне известной системы дискретной передачи информации источник информации формирует первичный сигнал S_п(t), шкала U_ш0=(2²ⁿ×ε_макс) значений которого в 2²ⁿ раз превышает максимально допустимое значение ε_макс погрешности. Сформированный первичный сигнал S_п(t) поступает на вход дискретизатора, на выходе которого формируют последовательность выборок S_д(t)=ΣS_п(t-nT_o) первичного сигнала путем его дискретизации с выбранной частотой F_o=1/T_o опроса.

Динамический диапазон D_п значений передаваемых по каналу связи выборок первичного сигнала в известной системе дискретной передачи информации составляет величину D_п=U_ш0/ε_макс=2²ⁿ. Количество информации на одну передаваемую по каналу связи выборку при этом равно I_п=log₂(D_п)=2n бит.

В процессе передачи к указанной последовательности выборок добавляется нормальный белый шум n(t) с нулевым математическим ожиданием и стандартным отклонением σ_n. При этом значение ε≈σ_n погрешности значений принимаемых выборок в среднем определяется стандартным отклонением σ_n нормального белого шума n(t).

Условием обеспечения требуемой верности передачи по каналу связи выборок первичного сигнала является условие σ_n≤ε_макс. В случаях, когда это условие не выполняется, значение ε=σ_n>ε_макс погрешности значений принимаемых выборок превышает максимально допустимое значение ε_макс погрешности. Поэтому недостатком известной системы дискретной передачи информации является недостаточная точность передачи информации.

Наиболее близкой к предлагаемой является система дискретной передачи информации, содержащая: на передающей стороне - последовательно соединенные источник информации, дискретизатор и вычитающее устройство, вход вычитания которого подключен через элемент задержки к выходу дискретизатора, а выход - к входу канала связи, а на приемной стороне - последовательно соединенные сумматор, фильтр нижних частот и получатель информации, при этом первый вход сумматора подключен к выходу канала связи, а второй вход сумматора соединен через элемент задержки с его выходом [2].

На передающей стороне известной системы дискретной передачи информации на выходе дискретизатора также формируют последовательность выборок S_д(t)=ΣS_п(t-nТ_о) первичного сигнала S_п(t) путем его дискретизации с выбранной частотой F_o=1/T_o опроса. Затем с помощью вычитающего устройства преобразуют последовательности выборок S_д(t) первичного сигнала в последовательность приращений значения каждой выборки S_пр(t)=Σ{S_п(t-nT_o)-S_п[t-(n-1)Т_о]} первичного сигнала путем вычитания из него значения предшествующей выборки первичного сигнала.

Известная система дискретной передачи информации обеспечивает сокращение избыточности передаваемой информации за счет использования разностного представления передаваемых выборок. Однако, при этом значение ε≈σ_п погрешности значений принимаемых разностных выборок в среднем также определяется стандартным отклонением σ_п нормального белого шума n(t). Поэтому недостатком известной системы дискретной передачи информации также является недостаточная точность передачи информации.

Технический результат состоит в повышении 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.

Для достижения указанного технического результата в систему дискретной передачи информации, содержащую: на передающей стороне - последовательно соединенные источник информации и дискретизатор, а на приемной стороне - последовательно соединенные фильтр нижних частот и получатель информации, введены: на передающей стороне - последовательно соединенные преобразователь значения выборок по модулю (2ⁿ-1), первый усилитель в (2ⁿ+1) раз и первый сумматор, последовательно соединенные преобразователь значения выборок по модулю (2ⁿ+1), первый усилитель в (2ⁿ-1) раз и второй сумматор, а также первый формирователь пороговых уровней, а на приемной стороне - последовательно соединенные квантователь значений выборок на (2ⁿ+1) уровней и второй усилитель в (2ⁿ+1) раз, последовательно соединенные квантователь значений выборок на (2ⁿ-1) уровней и второй усилитель в (2ⁿ-1) раз, последовательно соединенные третий сумматор, третий усилитель в (2ⁿ-1) раз и преобразователь значения выборок по модулю (2²ⁿ-1), а также второй формирователь пороговых уровней, при этом выход дискретизатора подключен к информационным входам преобразователя значения выборок по модулю (2ⁿ-1) и преобразователя значения выборок по модулю (2ⁿ+1), пороговые входы которых соединены соответственно с первой и второй группой пороговых выходов первого формирователя пороговых уровней, первый и второй опорные выходы которого подключены к вторым входам соответственно первого и второго сумматоров, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами канала связи, первый и второй выходы которого подключены к информационным входам соответственно квантователя значений выборок на (2ⁿ+1) уровней и квантователя значений выборок на (2ⁿ-1) уровней, пороговые входы которых соединены соответственно с первой и второй группой пороговых выходов второго формирователя пороговых уровней, третья группа пороговых выходов которого подключена к пороговым входам преобразователя значения выборок по модулю (2²ⁿ-1), выходы второго усилителя в (2ⁿ+1) раз и второго усилителя в (2ⁿ-1) раз соединены соответственно с первым и вторым входами третьего сумматора 15, выход преобразователя значения выборок по модулю (2²ⁿ-1) подключен к входу фильтра нижних частот.

В частном случае выполнения системы дискретной передачи информации преобразователь значения выборок по модулю N содержит квантователь значений выборок на N уровней и вычитающее устройство, при этом информационный вход преобразователя значения выборок по модулю N соединен с входом суммирования вычитающего устройства и с информационным входом квантователя значений выборок на N уровней, выход которого подключен к входу вычитания вычитающего устройства, а пороговые входы соединены с пороговыми входами преобразователя значения выборок по модулю N, выходом которого является выход вычитающего устройства.

Кроме того, в частном случае выполнения системы дискретной передачи информации квантователь значений выборок на N уровней содержит блок сравнения и коммутатор, при этом информационный вход квантователя значений выборок на N уровней соединен с информационным входом блока сравнения, N выходов которого подключены к соответствующим N управляющим входам коммутатора, выход которого является выходом квантователя значений выборок на N уровней, N пороговых входов которого соединены с соответствующими пороговыми входами блока сравнения и с соответствующими информационными входами коммутатора.

Предлагаемая система дискретной передачи информации производит передачу по каналу связи двух последовательностей разностных выборок с динамическими диапазонами D_п1=D_п/(2ⁿ-1) и D_п2=D_п/(2ⁿ+1) значений этих выборок соответственно, причем перед передачей по каналу связи значения разностных выборок усиливают соответственно в (2ⁿ+1) и (2ⁿ-1) раз. Это позволяет в среднем в соответствующее число раз после соответствующей обработки уменьшить значение ε погрешности значений принятых разностных выборок, 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.

Предлагаемая система дискретной передачи информации может быть реализована с помощью известных функциональных элементов.

На фиг.1 представлена структурная схема предлагаемой системы дискретной передачи информации, на фиг.2 - структурная схема преобразователя 3 значения выборок по модулю (2ⁿ-1), на фиг.3 - структурная схема квантователя 11 значений сигнала на (2ⁿ+1) уровней, в табл.1 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 дискретной передачи информации (см. фиг.1) на передающей стороне содержит последовательно соединенные источник 1 информации и дискретизатор 2, последовательно соединенные преобразователь 3 значения выборок по модулю (2ⁿ-1), первый усилитель 5 в (2ⁿ+1) раз и первый сумматор 7, последовательно соединенные преобразователь 4 значения выборок по модулю (2ⁿ+1), первый усилитель 6 в (2ⁿ-1) раз и второй сумматор 8, а также первый формирователь 9 пороговых уровней. Выход дискретизатора 2 подключен к информационным входам преобразователя 3 значения выборок по модулю (2ⁿ-1) и преобразователя 4 значения выборок по модулю (2ⁿ+1), пороговые входы которых соединены соответственно с первой и второй группой пороговых выходов первого формирователя 9 пороговых уровней, первый и второй опорные выходы которого подключены к вторым входам соответственно первого и второго сумматоров 7 и 8, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами канала 10 связи.

Система дискретной передачи информации на приемной стороне содержит последовательно соединенные квантователь 11 значений выборок на (2ⁿ+1) уровней и второй усилитель 13 в (2ⁿ+1) раз, последовательно соединенные квантователь 12 значений выборок на (2ⁿ-1) уровней и второй усилитель 14 в (2ⁿ-1) раз, последовательно соединенные третий сумматор 15, третий усилитель 16 в (2ⁿ-1) раз, преобразователь 17 значения выборок по модулю (2²ⁿ-1), фильтр 19 нижних частот и получатель 20 информации, а также второй формирователь 18 пороговых уровней. С первым и вторым выходами канала 10 связи соединены информационные входы соответственно квантователя 11 значений выборок на (2ⁿ+1) уровней и квантователя 12 значений выборок на (2ⁿ-1) уровней, пороговые входы которых соединены соответственно с первой и второй группой пороговых выходов второго формирователя 18 пороговых уровней, третья группа пороговых выходов которого подключена к пороговым входам преобразователя 17 значения выборок по модулю (2²ⁿ-1), при этом выходы второго усилителя 13 в (2ⁿ+1) раз и второго усилителя 14 в (2ⁿ-1) раз соединены соответственно с первым и вторым входами третьего сумматора 15.

Предлагаемая система дискретной передачи информации функционирует следующим образом.

На передающей стороне источник 1 информации формирует первичный сигнал S_п(t), шкала U_ш0=(2²ⁿ×ε_макс) значений которого в 2²ⁿ раз превышает максимально допустимое значение ε_макс погрешности.

Сформированный первичный сигнал S_п(t) подают на вход дискретизатора 2, на выходе которого формируют последовательность S_д(t)=ΣS_п(t-jT_o) выборок первичного сигнала путем его дискретизации с выбранной частотой F_o=1/Т_о опроса. Значения S_п(t-jT_o) первичного сигнала S_п(t) в различные моменты опроса (j=1, …, 25) приведены в столбце 2 табл.1.

Затем формируют первую и вторую последовательности S_1пр(t) и S_2пр(t) передаваемых выборок путем преобразования последовательности выборок S_п(t-jT_o) первичного сигнала.

Для этого сформированную последовательность S_д(t) выборок первичного сигнала с выхода дискретизатора 2 подают на информационные входы преобразователя 3 значения выборок по модулю (2ⁿ-1) и преобразователя 4 значения выборок по модулю (2ⁿ+1).

С помощью преобразователя 3 значения выборок по модулю (2ⁿ-1) осуществляют преобразование значений выборок сформированной последовательности S_д(t) выборок первичного сигнала по модулю (2ⁿ-1). Для этого на пороговые входы преобразователя 3 значения выборок по модулю (2ⁿ-1) с первой группы пороговых выходов первого формирователя 9 пороговых уровней подают постоянные сигналы (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 преобразование значений выборок S_п(t-jT_o) первичного сигнала по модулю (2ⁿ-1) осуществляют следующим образом: сравнивают значение S_п(t-jT_o) каждой выборки первичного сигнала со значениями U_1i всех (2ⁿ+1) пороговых уровней, определяют значение U_{1i макс} (t-jT_o) максимального из превышенных пороговых уровней и преобразуют значение S_п(t-jT_o) каждой выборки первичного сигнала путем вычитания из него значения U_{1i макс} (t-jT_o) максимального из превышенных пороговых уровней. В результате на выходе преобразователя 3 значения выборок по модулю (2ⁿ-1) формируют первую последовательность S_1пм (t)=ΣS_1пм(t-jT_o) преобразованных выборок (значения S_1пм(t-jT_o) соответствующих преобразованных выборок в различные моменты опроса приведены в столбце 3 табл.1).

С помощью преобразователя 4 значения выборок по модулю (2ⁿ+1) осуществляют преобразование значений выборок сформированной последовательности S_д(t) выборок первичного сигнала по модулю (2ⁿ+1). Для этого на пороговые входы преобразователя 3 значения выборок по модулю (2ⁿ+1) с второй группы пороговых выходов первого формирователя 9 пороговых уровней подают постоянные сигналы (2ⁿ-1) пороговых уровней, значения U_1i=i(2ⁿ+1)×ε_макс, [i=0, (2ⁿ-2)], которых равномерно распределены в пределах шкалы U_ш0 значений первичного сигнала. При этом преобразование значений выборок S_п(t-jT_o) первичного сигнала по модулю (2ⁿ+1) осуществляют следующим образом: сравнивают значение S_п(t-jT_o) каждой выборки первичного сигнала со значениями U_2i всех (2ⁿ-1) пороговых уровней, определяют значение U_{2i макс}(t-jT_o) максимального из превышенных пороговых уровней и преобразуют значение S_п(t-jT_o) каждой выборки первичного сигнала путем вычитания из него значения U_{2i макс}(t-jT_o) максимального из превышенных пороговых уровней. В результате на выходе преобразователя 4 значения выборок по модулю (2ⁿ+1) формируют вторую последовательность S_2пм(t)=ΣS_2пм(t-jT_o) преобразованных выборок (значения S_2пм(t-jT_o) соответствующих преобразованных выборок в различные моменты опроса приведены в столбце 4 табл.1).

Значения преобразованных выборок S_1пм(t-jT_o) первой последовательности S_1пM(t) преобразованных выборок усиливают с помощью первого усилителя 5 в (2ⁿ+1) раз (значения S_1пму(t-jT_o) соответствующих усиленных преобразованных выборок в различные моменты опроса приведены в столбце 5 табл.1) и подают на первый вход первого сумматора 7.

Значения преобразованных выборок S_2пм(t-jT_o) второй последовательности S_2пм(t) преобразованных выборок усиливают с помощью первого усилителя 6 в (2ⁿ-1) раз (значения S_2пму(t-jT_o) соответствующих усиленных преобразованных выборок в различные моменты опроса приведены в столбце 6 табл.1) и подают на первый вход второго сумматора 8.

При этом на второй вход первого сумматора 7 с первого опорного выхода первого формирователя 9 пороговых уровней поступает постоянный сигнал, значение которого в (2ⁿ-1)/2 раз превышает максимально допустимое значение σ_макс погрешности. В результате на выходе первого сумматора 7 формируют первую последовательность передаваемых выборок S_1пр(t-jT_o)={[S_п(t-jT_o)-U_{1i макс}(t-jT_o)](2ⁿ+1)+ε_макс(2ⁿ-1)/2) (столбец 7 табл.1), которую подают на первый вход канала 10 связи.

В то же время на второй вход второго сумматора 8 с второго опорного выхода первого формирователя 9 пороговых уровней поступает постоянный сигнал, значение которого в (2ⁿ+1)/2 раз превышает максимально допустимое значение ε_макс погрешности. В результате на выходе второго сумматора 8 формируют вторую последовательность передаваемых выборок S_2пp(t-jT_o)={[S_2пр(t-jT_o)-U_{2i макс}(t-jT_o)](2ⁿ-1)+ε_макс(2ⁿ+1)/2} (столбец 8 табл.1), которую подают на второй вход канала 10 связи.

Сформированные на выходах первого и второго сумматоров 7 и 8 первую и вторую последовательности S_1пр(t) и S_2пр(t) выборок передают по каналу 10 связи на приемную сторону. В процессе передачи к указанным последовательностям выборок добавляются соответственно нормальные белые шумы n₁(t) и n₂(t). Значения n₁(t-jT_o) и n₂(t-jT_o) этих шумов при нулевом математическом ожидании и стандартном отклонении σ_n=3ε_макс в различные моменты опроса приведены соответственно в столбцах 9 и 10 табл.1.

На приемной стороне принимают полученные первую и вторую последовательности S_1пр ^*(t)=S_1пр(t)+n₁(t) и S_2пр ^*(t)=S_2пр(t)+n₂(t) выборок (значения S_1пр ^*(t-jT_o) и S_2пр ^*(t-jT_o) выборок принятых первой и второй последовательностей выборок в различные моменты опроса приведены соответственно в столбцах 11 и 12 табл.1), после чего восстанавливают последовательность S_дв(t) выборок первичного сигнала путем преобразования принятых из канала 10 связи принятых первой и второй последовательностей выборок S_1пр ^*(t) и S_2пр ^*(t). Для этого выполняют следующие операции.

Принятые первую и вторую последовательности выборок S_1пр ^*(t) и S_2пр ^*(t) подают с первого и второго выходов канала 10 связи на информационные входы соответственно квантователя 11 значений выборок на (2ⁿ+1) уровней и квантователя 12 значений выборок на (2ⁿ-1) уровней.

С помощью квантователя 11 значений выборок на (2ⁿ+1) уровней осуществляют квантование значений выборок первой принятой последовательности S_1пр ^*(t) выборок на (2ⁿ+1) уровней. Для этого на пороговые входы квантователя 11 значений выборок на (2ⁿ+1) уровней с соответствующих выходов первой группы пороговых выходов второго формирователя 18 пороговых уровней подают (2ⁿ+1) сигналов 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 выборок первой принятой последовательности S_1пр ^*(t) выборок на (2ⁿ+1) уровней осуществляют следующим образом: сравнивают значение S_1пр ^*(t-jT_o) каждой выборки (см. столбец 11 табл.1) первой принятой последовательности S_1пр ^*(t) выборок со значениями U_1i всех (2ⁿ+1) пороговых уровней, определяют значение U_{1i макс} (t-jT_o) максимального из превышенных пороговых уровней и значение S_1пр ^* _к(t-jTo)=Ui; макс (t-jT_o) каждой квантованной выборки (столбец 13 табл.1) первой последовательности S_1пр ^* _к(t) квантованных выборок принимают равным соответствующему значению U_{1i макс}(t-jT_o) максимального из превышенных пороговых уровней.

С помощью квантователя 12 значений выборок на (2ⁿ-1) уровней осуществляют квантование значений выборок второй принятой последовательности S_2пр ^*(t) выборок на (2ⁿ-1) уровней. Для этого на пороговые входы квантователя 12 значений выборок на (2ⁿ-1) уровней с соответствующих выходов второй группы пороговых выходов второго формирователя 18 пороговых уровней подают (2ⁿ-1) сигналов пороговых уровней, значения U_1i=i(2ⁿ+1)×ε_макс, [i=0,2ⁿ-2], которых равномерно распределены в пределах шкалы U_ш0 значений первичного сигнала. При этом квантование значений выборок второй принятой последовательности S_2пр ^*(t) выборок на (2ⁿ-1) уровней осуществляют следующим образом: сравнивают значение S_2пр ^*(t-jT_o) каждой выборки (см. столбец 12 табл.1) второй принятой последовательности S_2пр ^*(t) выборок со значениями U_2i всех (2ⁿ-1) пороговых уровней, определяют значение U_{2i макс}(t-jT_o) максимального из превышенных пороговых уровней и значение S_2пр ^* _к(t-jT_o)=U_{2i макс}(t-jT_o) каждой квантованной выборки (столбец 14 табл.1) второй последовательности S_2пр ^* _к(t) квантованных выборок принимают равным соответствующему значению U_{2i макс}(t-jT_o) максимального из превышенных пороговых уровней.

Первую последовательность S_1пр ^* _к(t) квантованных выборок подают с выхода квантователя 11 значений выборок на (2ⁿ+1) уровней на вход второго усилителя 13 в (2ⁿ+1) раз, с помощью которого усиливают в (2ⁿ+1) раз значение S_1пр ^* _к(t-jT_o) каждой квантованной выборки первой последовательности квантованных выборок.

Вторую последовательность S_2пр ^* _к(t) квантованных выборок подают с выхода квантователя 12 значений выборок на (2ⁿ-1) уровней на вход второго усилителя 14 в (2ⁿ-1) раз, с помощью которого усиливают в (2ⁿ-1) раз значение S_2пр ^* _к(t-jT_o) каждой квантованной выборки второй последовательности квантованных выборок.

Первую и вторую последовательности S_1пр ^* _ку(t) и S_2пр ^* _ку(t) усиленных квантованных выборок с выходов второго усилителя 13 в (2ⁿ+1) раз и второго усилителя 14 в (2ⁿ-1) раз подают соответственно на первый и второй входы третьего сумматора 15. С выхода третьего сумматора 15 на вход третьего усилителя 16 в (2^n-1) раз подают единую последовательность S_Σпр ^* _ку(t) выборок, значения S_Σпр ^* _ку(t-jT_o)=(2ⁿ+1) S_1пр ^* _к(t-jT_o)+(2ⁿ-1) S_2пр ^* _к(t-jT_o) выборок которой определяют путем суммирования значений (2ⁿ+1) S_1пр ^* _к(t-jT_o) и (2ⁿ-1) S_2пр ^* _к(t-jT_o) соответствующих усиленных квантованных выборок первой и второй последовательностей S_1пр ^* _ку(t-jT_o) и S_2пр ^* _ку(t-jT_o) усиленных квантованных выборок. С выхода третьего усилителя 16 в (2^n-1) раз на информационный вход преобразователя 17 значения выборок по модулю (2²ⁿ-1) подают единую последовательность S_уΣпр ^* _ку(t) усиленных выборок, значения S_уΣпр ^* _ку(t-jT_o)=(2^n-1) S_Σпр ^* _ку(t-jT_o) которых (столбец 15 табл.1) определяют путем усиления значений S_Σпр ^* _ку(t-jT_o) соответствующих выборок единой последовательности выборок в (2^n-1) раз.

С помощью преобразователя 17 значения выборок по модулю (2²ⁿ-1) осуществляют преобразование значений выборок единой последовательности S_уΣпр ^* _ку(t) усиленных выборок по модулю (2²ⁿ-1). Для этого на пороговые входы преобразователя 17 значения выборок по модулю (2²ⁿ-1) с соответствующих выходов третьей группы пороговых выходов второго формирователя 18 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 выборок сформированной единой последовательности усиленных выборок по модулю (2²ⁿ-1) осуществляют следующим образом: сравнивают значение S_yΣпр ^* _ку(t-jT_o) каждой выборки единой последовательности усиленных выборок со значениями U_3i всех (2²ⁿ-1) пороговых уровней, определяют значение U_{3i макс}(t-nT_o) максимального из превышенных пороговых уровней и преобразуют значение S_yΣпр ^* _ку(t-jT_o) каждой выборки единой последовательности усиленных выборок путем вычитания из него значения U_{3i макс}(t-jT_o) максимального из превышенных пороговых уровней. В результате на выходе преобразователя 17 значения выборок по модулю (2²ⁿ-1) получают восстановленную последовательность S_дв(t)=ΣS_пв(1-jT_o) выборок (столбец 16 табл.1) первичного сигнала, имеющих значения S_пв(1-jT_o).

Восстановленную последовательность выборок S_дв(t) первичного сигнала подают с выхода преобразователя 17 значения выборок по модулю (2^2n-1) на вход фильтра 19 нижних частот с частотой среза, равной половине частоты F_o опроса. С помощью фильтра 19 нижних частот восстанавливают первичный сигнал S_пв(t) путем фильтрации восстановленной последовательности S_дв(t) выборок первичного сигнала.

Восстановленный первичный сигнал S_пв(t) с выхода фильтра 19 нижних частот подают на вход получателя 20 информации.

В частном случае выполнения системы дискретной передачи информации преобразователь значения выборок по модулю N, например, преобразователь 3 значения выборок по модулю N=(2ⁿ-1) (см. фиг.2), содержит квантователь 21 значений выборок на N уровней и вычитающее устройство 22. Информационный вход преобразователя 3 значения выборок по модулю N соединен с входом суммирования вычитающего устройства 22 и с информационным входом квантователя 21 значений выборок на N уровней, выход которого подключен к входу вычитания вычитающего устройства 22, а пороговые входы соединены с пороговыми входами преобразователя 3 значения выборок по модулю N, выходом которого является выход вычитающего устройства 22.

Преобразователь значения выборок по модулю N (см. фиг.2) функционирует следующим образом. С информационного входа преобразователя 3 значения выборок по модулю N на вход суммирования вычитающего устройства 22 и на информационный вход квантователя 21 значений выборок на N уровней поступает последовательность выборок входного сигнала со значениями S(t-jT_o), находящимися в пределах шкалы U_ш значений входного сигнала. При этом на пороговые входы квантователя 21 значений выборок на N уровней с пороговых входов преобразователя 3 значения выборок по модулю N подают постоянные сигналы N пороговых уровней со значениями U_i=iU_ш/N, i=0, N-1. С выхода квантователя 21 значений выборок на N уровней на вход вычитания вычитающего устройства 22 поступает последовательность квантованных выборок, значения S_к(t-jT_o)=U_{i макс}(t-jT_o) которых равны соответствующим значениям U_{i макс}(t-jT_o) максимальных из превышенных пороговых уровней. В результате на выходе вычитающего устройства 22 значение S(t-jT_o) каждой выборки входного сигнала уменьшается на значение U_{i макс}(t-jT_o) максимального из превышенных пороговых уровней.

В частном случае выполнения системы дискретной передачи информации квантователь значений выборок на N уровней, например, квантователь 11 значений выборок на N=(2ⁿ+1) уровней (см. фиг.3), содержит блок 23 сравнения и коммутатор 24. Информационный вход квантователя 11 значений выборок на N уровней соединен с информационным входом блока 23 сравнения, N выходов которого подключены к соответствующим N управляющим входам коммутатора 24, выход которого является выходом квантователя 11 значений выборок на N уровней. При этом N пороговых входов квантователя 11 значений выборок на N уровней соединены с соответствующими пороговыми входами блока 23 сравнения и с соответствующими информационными входами коммутатора 24.

Квантователь 11 значений выборок на N уровней (см. фиг.3) функционирует следующим образом. С информационного входа квантователя 11 значений выборок на N уровней на информационный вход блока 23 сравнения поступает последовательность выборок входного сигнала со значениями S(t-jT_o), находящимися в пределах шкалы U_ш значений входного сигнала. При этом на информационные входы коммутатора 24 и на пороговые входы блока 23 сравнения с пороговых входов квантователя 11 значений выборок на N уровней подают постоянные сигналы N пороговых уровней со значениями U_i=iU_ш/N, i=0, N-1. Блок 23 сравнения сравнивает значение S(t-nT_o) каждой выборки входного сигнала со значениями U_i(t-nT_o) всех N пороговых уровней и формирует на каждом из N выходов либо сигнал логической «1», если значение S(t-nT_o) выборки входного сигнала превышает значение U_i(t-nT_o) соответствующего порогового уровня, либо сигнал логического «0», если значение S(t-nT_o) выборки входного сигнала не превышает значение U_i(t-nT_o) соответствующего порогового уровня. В результате количество логических «1» на выходах блока 23 сравнения равно номеру i_макс(1-nT_o) максимального из превышенных пороговых уровней. N сигналов с N выходов блока 23 сравнения поступают на соответствующие управляющие входы коммутатора 24, что обеспечивает появление на его выходе постоянного сигнала с значением максимального из превышенных пороговых уровней U_{i макс}(t-T_o), который проходит на выход квантователя 11 значений выборок на N уровней. В результате на выходе квантователя 11 значений выборок на N уровней получают последовательность квантованных выборок, значения S_к(t-jT_o)=U_{i макс}(t-jT_o) которых равны соответствующим значениям U_{i макс}(t-jT_o) максимальных из превышенных пороговых уровней.

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

Например, в приведенном примере (см. табл.1) реализации заявленного способа дискретной передачи информации при значении динамического диапазона значений выборок первичного сигнала D_п=U_ш0/ε_макс=2²ⁿ=256 (n=4) нормальные белые шумы n₁(t) и n₂(t) в канале связи характеризуются нулевым математическим ожиданием и стандартным отклонением σ_n=3ε_макс. Значения n₁(t-jT_o) и n₂(t-jT_o) этих шумов (см. столбцы 9 и 10 табл.1) в различные моменты времени в несколько раз превышают допустимое значение погрешности ε_макс=1. При этом значения S_пв(1-jT_o) восстановленных выборок (столбец 16 табл.1) первичного сигнала на приемной стороне совпадают с соответствующими значениями S_п(t-jT_o) выборок (столбец 2 табл.1) первичного сигнала на выходе дискретизатора 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. Кошевой А.А. Телеметрические комплексы летательных аппаратов. - М.: Машиностроение, 1975, с.28, 29, 41, 57-59, 70-72.

2. 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.24-27.

Изобретение относится к телеметрии, технике связи и может быть использовано в системах передачи информации по дискретным каналам связи. Технический результат состоит в повышении точности передачи информации при фиксированных значениях динамического диапазона значений выборок первичного сигнала и стандартного отклонения нормального белого шума в канале связи. Система дискретной передачи информации содержит последовательно соединенные источник информации, дискретизатор, преобразователь значения выборок по модулю (2ⁿ-1), первый усилитель в (2ⁿ+1) раз, три сумматора, преобразователь значения выборок по модулю (2ⁿ+1), усилитель в (2ⁿ-1) раз, канал связи, квантователь значений выборок на (2ⁿ+1) уровней, второй усилитель в (2ⁿ+1) раз, квантователь значений выборок на (2ⁿ-1) уровней, второй усилитель в (2ⁿ-1) раз, усилитель в (2ⁿ-1) раз, преобразователь значения выборок по модулю (2²ⁿ-1), фильтр нижних частот, получатель информации, два формирователя пороговых уровней. 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1. Система дискретной передачи информации, содержащая на передающей стороне последовательно соединенные источник информации и дискретизатор, а на приемной стороне - последовательно соединенные фильтр нижних частот и получатель информации, отличающаяся тем, что введены: на передающей стороне - последовательно соединенные преобразователь значения выборок по модулю (2ⁿ-1), первый усилитель в (2ⁿ+1) раз и первый сумматор, последовательно соединенные преобразователь значения выборок по модулю (2ⁿ+1), усилитель в (2ⁿ-1) раз и второй сумматор, а также первый формирователь пороговых уровней, а на приемной стороне - последовательно соединенные квантователь значений выборок на (2ⁿ+1) уровней и второй усилитель в (2ⁿ+1) раз, последовательно соединенные квантователь значений выборок на (2ⁿ-1) уровней и второй усилитель в (2ⁿ-1) раз, последовательно соединенные третий сумматор, усилитель в (2ⁿ-1) раз и преобразователь значения выборок по модулю (2²ⁿ-1), а также второй формирователь пороговых уровней, при этом выход дискретизатора подключен к информационным входам преобразователя значения выборок по модулю (2ⁿ-1) и преобразователя значения выборок по модулю (2ⁿ+1), пороговые входы которых соединены соответственно с первой и второй группой пороговых выходов первого формирователя пороговых уровней, первый и второй опорные выходы которого подключены к вторым входам соответственно первого и второго сумматоров, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами канала связи, первый и второй выходы которого подключены к информационным входам соответственно квантователя значений выборок на (2ⁿ+1) уровней и квантователя значений выборок на (2ⁿ-1) уровней, пороговые входы которых соединены соответственно с первой и второй группой пороговых выходов второго формирователя пороговых уровней, третья группа пороговых выходов которого подключена к пороговым входам преобразователя значения выборок по модулю (2ⁿ-1), выходы второго усилителя в (2ⁿ+1) раз и второго усилителя в (2ⁿ-1) раз соединены соответственно с первым и вторым входами третьего сумматора 15, выход преобразователя значения выборок по модулю (2²ⁿ-1) подключен к входу фильтра нижних частот.

2. Система дискретной передачи информации по п.1, отличающаяся тем, что преобразователь значения выборок по модулю N содержит квантователь значений выборок на N уровней и вычитающее устройство, при этом информационный вход преобразователя значения выборок по модулю N соединен с входом суммирования вычитающего устройства и с информационным входом квантователя значений выборок на N уровней, выход которого подключен к входу вычитания вычитающего устройства, а пороговые входы соединены с пороговыми входами преобразователя значения выборок по модулю N, выходом которого является выход вычитающего устройства.

3. Система дискретной передачи информации по п.1, отличающаяся тем, что квантователь значений выборок на N уровней содержит блок сравнения и коммутатор, при этом информационный вход квантователя значений выборок на N уровней соединен с информационным входом блока сравнения, N выходов которого подключены к соответствующим N управляющим входам коммутатора, выход которого является выходом квантователя значений выборок на N уровней, N пороговых входов которого соединены с соответствующими пороговыми входами блока сравнения и с соответствующими информационными входами коммутатора.