СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2013 года по МПК G08C19/28 

Изобретение относится к телеметрии, технике связи и может быть использовано в системах передачи данных по каналам связи. Его использование позволяет повысить достоверность передачи информации без введения структурной избыточности в передаваемые сообщения, обнаруживать возникающие при передаче ошибки как одиночные, так и кратные, повысить скорость передачи информации.

Известен способ передачи информации (см. Кошевой А.А. Телеметрические комплексы летательных аппаратов. - М.: Машиностроение, 1975, с.176-181 ([1])), заключающийся в сборе сигналов от источников сообщений, формировании сигналов гармонических поднесущих и модуляции их соответствующими сигналами от источников сообщений, фильтрации промодулированных сигналов поднесущих, формировании группового сигнала промодулированных поднесущих колебаний, формировании сигнала несущих колебаний и модуляции его групповым сигналом, передаче промодулированного сигнала по каналу связи.

Наиболее близким аналогом является способ передачи информации (см. Кукушкин С.С., Мороз А.П. Патент РФ №2115172 «Способ передачи информации и устройство для его осуществления», приоритет изобретения от 10.03.1993 г., МПК G08C 19/28, опубликовано 10.07.1998 г., бюллетень №19 ([2])), заключающийся в сборе сигналов от источников сообщений, синхронизации их по времени, формировании уплотненного сигнала из синхронизированных собранных сигналов, формировании сигнала первой несущей частоты, фазовой манипуляции сигнала первой несущей частоты уплотненным сигналом, передаче промодулированного сигнала по каналу связи, отличающийся тем, что формируют сигнал второй несущей частоты, формируют периодическую последовательность импульсного сигнала типа меандр с длительностью импульса, в два раза меньшей минимальной длительности импульсов уплотненного сигнала, выполняют фазовую манипуляцию сигнала второй несущей частоты уплотненным сигналом, после чего формируют подлежащий передаче по каналу связи промодулированный сигнал путем частотной манипуляции фазоманипулированных сигналов первой и второй несущих частот импульсным сигналом фазоманипулированной периодической последовательности.

В изобретении [2] в отличие от [1] после синхронизации и уплотнения сообщений формируют не один, а два двоичных видеосигнала с различной логикой их кодирования. При этом по закону одной из двоичных логик, представленных высоким и низким уровнями напряжения, осуществляют фазовую манипуляцию, а по закону другой двоичной логики производят частотную модуляцию.

Недостатки известного способа [1] заключены в следующем: 1) в неэффективном использовании пропускной способности канала связи, что ограничивает возможность его использования при существующем чрезвычайно быстром росте объемов передаваемой информации; 2) в отсутствии возможности обнаружения и исправления ошибок передачи информации.

Изобретение [2] направлено на повышение эффективности передачи данных по каналу связи за счет уплотнения сигналов, передаваемых в канале связи, заключающегося в одновременном использовании частотной и фазовой манипуляции. Его недостаток заключается в ограниченных возможностях обнаружения и исправления ошибок передачи информации. Это связано с тем, что избыточность передаваемой информации создается только на уровне радиосигналов путем использования нескольких видов модуляции несущей частоты. При этом не используется традиционный уровень помехоустойчивого кодирования на уровне представления данных двоичным или многоосновным кодом.

Все современные технологии передачи информации включают в себя помехоустойчивое кодирование передаваемой информации. Однако традиционно сложившееся представление о помехоустойчивом кодировании связано с помехоустойчивыми кодами, при которых требуемая избыточность формируется на уровне двоичных символов «0» и «1» (см. Кларк Дж., мл., Кейн Дж. Кодирование с исправлением ошибок в системах цифровой связи. / Пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1987. - 392 с. ([3])). Современное представление о помехоустойчивом кодировании предполагает использование распределенной технологии помехоустойчивого кодирования, под которой понимается применение кодирования в различных трактах формирования и передачи информации (см. Кукушкин С.С. Теория конечных полей и информатика: том 1 Методы и алгоритмы, классические и нетрадиционные, основанные на использовании конструктивной теоремы об остатках - М.: МО РФ, 2003. - 281 с. ([4])).

Одно из таких решений предлагается в изобретении (см. Кукушкин С.С. Авторское свидетельство СССР №777843 «Устройство для передачи и накопления данных», М.кл.³ H04L 5/22 // H04L 1/10, опубликовано 07.11.1980 г., бюллетень №41 ([5])), в котором впервые предлагалось использовать логическое помехоустойчивое кодирование для обнаружения и исправления ошибок передачи информации. Известные принципы помехоустойчивого кодирования [3] используют другие правила их синтеза - они являются не логическими, а алгебраическими.

Однако в изобретении [5] научно-методические принципы построения логического помехоустойчивого кодирования не были представлены. Кроме того, в изобретении [5] логическое помехоустойчивое кодирование предлагалось использовать только при формировании дополнительного канала передачи избыточных данных, предназначенного для повышения достоверности приема информации.

Кроме того, эффективность логического помехоустойчивого кодирования может быть существенно повышена при переходе к более экономичной системе счисления [4]. Такая возможность, например, предоставляется при переходе от двоичных кодов к троичным кодам (кодам с основанием три).

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключен в повышении достоверности передачи информации на основе перехода от двоичного кода к замещающему его троичному коду.

Технический результат достигается тем, что в способе передачи информации, заключающемся в сборе сигналов от источников сообщений, синхронизации их по времени, формировании уплотненного сигнала из синхронизированных собранных сигналов, формировании сигнала несущей частоты, модуляции сигнала несущей частоты уплотненным групповым сигналом на основе сформированного видеокода, передаче промодулированного сигнала по каналу связи, отличающемся тем, что для передачи информации двоичный видеосигнал служебных и информационных сообщений преобразуют в замещающий троичный помехоустойчивый код на основе принятого логического правила кодирования и на его основе на первом этапе преобразований двоичного кода формируют две составляющие модулирующего видеосигнала, каждая из которых имеет по три символа кодирования, условно определяемых как «S₀» и «Т₀», «S₁» и «1,5Т₀», «S₂» и «2Т₀», одну из модулирующих составляющих преобразованного трехосновного видеосигнала, обозначаемых как «S₀», «S₁» и «S₂», представляют в виде амплитудно-импульсной модуляции, а вторую модулирующую составляющую видеосигнала, представляемую символами «Т₀», «1,5Т₀», «2Т₀», где Т₀ - продолжительность одного символа исходного двоичного кода, используют для широтно-импульсной модуляции, при этом на втором этапе преобразований, связанном с модуляцией несущей радиосигнала, амплитудно-импульсную модуляцию сформированного видеокода преобразуют, например, в частотную модуляцию с тремя фиксированными значениями частоты излучаемого сигнала: «f₀=f_н-Δf_д», «f₁=f_н+Δf_д» и «f₂=f_н», соответственно, где f_н - значение несущей частоты сигнала, а Δf_д - значение девиации частоты, а вторую составляющую сформированного видеосигнала используют для фазовой модуляции передаваемого сигнала путем изменения фазы на ±180° на границах временных интервалов, соответствующих троичным символам «Т₀», «1,5Т₀» и «2Т₀». В результате фазовой модуляции символы троичного кода «Т₀», «1,5Т₀» и «2Т₀» кодируют с использованием наиболее часто используемой двоичной логики в виде двух состояний фаз несущего сигнала ±180°.

Кроме того, предлагаемый способ отличается тем, что из исходного двоичного кода формируют видеокод с основанием три, производят уплотнение спектра передаваемой сигналов на основе новой более экономичной по отношению к двоичным кодам троичной системы кодирования информации, образованным групповым сигналом, составленным из полученных в результате преобразований троичных символов таким образом, чтобы при их декодировании на приемной стороне последний символ восстановленного двоичного кода, полученный при расшифровке предыдущего троичного символа, повторял первый двоичный символ расшифровки последующего принятого троичного символа, сформированной такой последовательностью троичных символов, модулируют сигнал, передаваемый по каналу связи, при этом двоичным кодовым комбинациям символов («00» и «11»), встречающимся в исходном двоичном групповом сигнале, ставят в соответствие символы троичного кода «S₀» и «Т₀», а кодовые комбинации исходного двоичного кода («10» и «001») заменяют на символы троичного кода «S₁» и «1,5Т₀», оставшиеся незамещенные в исходной последовательности двоичного кода кодовые комбинации вида «101» представляют символами троичного кода «S₂» и «2Т₀», на приемной стороне контроль однозначности восстановления переданных сообщений при обратном переводе троичного кода в исходный двоичный код производят на основе проверки условия совпадения последнего двоичного символа «0» или «1» предыдущей расшифровки принятого троичного символа с первым символом «0» или «1» последующей расшифровки следующего троичного символа, при этом наличие ошибки в приеме троичных символов «S₀» и «Т₀», «S₁» и «1,5Т₀», «S₂» и «2Т₀» определяют на основе нарушения данного правила.

Алгоритм преобразования, составляющий основу предлагаемого изобретения, предполагает замену последовательности символов двоичного кода А={0, 1}, составленного из двоичных символов 0 и 1, последовательностями символов троичного кода В={S₀, S₁, S₂}, состоящего из трех символов S₀, S₁ и S₂. При этом реализуют следующую процедуру замены.

Сформированный групповой сигнал, представленный в двоичном коде, представляющий, например, последовательность следующего вида А=<10101000111100101>₂ с числом символов N₁=17, переводят в новый трехосновный логический код: S₀↔(«00», «11»); S₁↔(«10», «001»); S₂↔«101» с использованием условных верхних и нижних разбиений (ℜ₁ и ℜ₂) заданного исходного множества двоичных символов А. Если предположить, что вся последовательность передаваемых троичных символов S_i (i=0, 1, 2) пронумерована, то условно обозначенный верхний уровень разбиения ℜ₁ представляет собой последовательность символов с нечетными номерами S_i ^н, в то время как нижний уровень разбиения ℜ₂ включает в себя последовательность символов S_i с четными порядковыми номерами S_i ^ч:

Результат объединения верхнего и нижнего уровней разбиения ℜ₁Uℜ₂: S₂ S₂ S₁ S₀ S₁S₀S₀S₀S₁S₁S₂ представляет собой новую последовательность передаваемых сигналов, состоящую из N₂=11 символов S_i (i=0, 1, 2).

Для наглядности в последовательности (1) двоичные кодовые комбинации, соответствующие S_i (i=0, 1, 2) нижнего уровня разбиения ℜ₂, подчеркнуты. При этом повторяющиеся символы двоичного кода на границах соседних расшифровок верхнего и нижнего уровней, которые при формировании восстановленного двоичного группового сигнала объединяют в один двоичный символ, выделены жирным шрифтом.

Предлагаемый способ восстановления переданной информации заключается в следующем. Предположим, что в результате демодуляции восстановлен следующий фрагмент последовательности троичных сигналов:

1. Первая операция восстановления данных в исходном двоичном коде заключается в том, чтобы выделить сигналы S₂, допускающие однозначную расшифровку: S₂↔«101». В результате этого в принятой последовательности (2) формируют признак приема символа S₂, который выделяют:

2. Преобразование в двоичный код всей последовательности принятых троичных символов начинают с того, что записывают в двоичном коде результат однозначной расшифровки символов S₂:

3. Затем, используя первый из полученных признаков приема символ S₂, приступают к расшифровке следующего за ним троичного символа S₁, которому поставлены в соответствие не одна, а две кодовые комбинации, составленные из двоичных символов: S₁↔«10» и «001». Так как по условию формирования предлагаемого троичного кода последний двоичный символ, предыдущей расшифровки 101, должен быть первым символом последующей расшифровки троичного символа (в приведенном приеме сигнала S₁), то в качестве кандидата на замену следует выбрать кодовую комбинацию 10. Выбор подходящей следующей кодовой комбинации, соответствующей принятому сигналу S₁, определяется последним двоичным символом, полученным в результате расшифровки предыдущего сигнала троичного кода S₂ (совпадающие символы выделены жирным шрифтом.).

Далее очередной восстановленный троичный символ соответствует сигналу S₀, у которого также два возможных варианта расшифровки: S₀↔«00» и «11». Так как предыдущая расшифровка 10 оканчивалась двоичным символом «0», то и очередной сигнал S₀ должен быть заменен на двоичную кодовую комбинацию, состоящую из двух символов «0» - 00. Аналогичным образом, следующий восстановленный троичный символ S₁↔«10» и «001» должен быть замещен двоичной кодовой комбинацией 001. Затем следуют подряд два символа S₀↔«00» и «11», и поскольку расшифровка предыдущей двоичной кодовой комбинации заканчивалась символом «1», то и два последующих троичных символа S₀ должны быть заменены на последовательность, состоящую из двух символов «1» - 11. О том, что расшифровка произведена правильно, свидетельствует то обстоятельство, что следующим троичным символом снова будет S₂↔«101», который начинается с такого же двоичного символа «1», который получен в конце предыдущей расшифровки сигнала S₀. Последующий процесс восстановления переданных сообщений в традиционном двоичном коде аналогичен. Исправляющая способность предлагаемого кода заключена в том, что вся цепочка восстановленных при приеме троичных символов определяется опорными сигналами S₂↔«101».

4. Следующая операция предполагает, что принятую последовательность троичных символов S₁ и S₀, допускающих не однозначные расшифровки

замещают двоичным кодом таким образом, чтобы последний двоичный символ расшифровки предшествующего символа S_i, где i=0, 1, 2, совпадал с первым символом расшифровки последующего символа S₁ или S₀.

В результате этого для последовательности (5) получают следующую восстановленную последовательность исходного двоичного кода:

где «точками» разделены между собой результаты расшифровок символов S₁ и S₀ троичного кода.

Затем совпадающие двоичные символы на границах расшифровок троичных сигналов S_i, где i=0, 1, 2, объединяют и заменяют одним соответствующим двоичным символом:

где выделены и подчеркнуты совпадающие символы, которые объединяют и заменяют одним двоичным символом.

В результате будет восстановлен следующий фрагмент исходной последовательности двоичных кодов: 10100011101.

Структурная схема системы для осуществления предлагаемого способа, включающая в себя как передающую, так и приемную стороны, приведена на фиг.1. Применительно к бортовой радиотелеметрической системе (БРТС) передающая сторона содержит датчики - 1₁, 1₂, …, 1N, выходы каждого из которых подключены к соответствующим N входам блока 2 уплотнения и синхронизации сигналов, выход которого соединен со входом передатчика 3. Блок 2 уплотнения и синхронизации сигналов содержит коммутатор 4, N входов которого являются входами блока 2, формирователь 5 логического троичного кода и формирователь 6 синхросигналов. При этом выход 7 коммутатора 4 соединен с первым входом формирователя 5 логического троичного кода, первый выход 8 которого является выходом блока 2, а второй выход 9 соединен со входом формирователя 6 синхросигналов, выход которого подключен к (N+1) входу коммутатора 4. Выход передатчика 3 через канал связи 10, подверженный действию помех 11, подключен ко входу приемника 12.

Приемная сторона содержит приемник 12, имеющий три выхода - один служебный выход 22, подключенный ко входу селектора сигналов синхронизации 13, и два информационных, соединенных с первыми входами 25, 26 демодуляторов 15 и 14 информационных сигналов, соответственно, вторые входы которых объединены и подключены к первому выходу 23 селектора сигналов синхронизации 13, второй выход которого соединен с объединенными вторыми входами корректоров 18 и 19 ошибок передачи, первые входы которых через соответствующие расшифровщики 16 и 17 троичных символов подключены к выходам соответствующих демодуляторов 14 и 15 информационных сигналов, выходы корректоров 18 и 19 ошибок передачи соединены с первым и вторым входами формирователя 20 общего потока сообщений, выход которого подключен ко входу декоммутатора 21, N выходов которого 27₁, 27₂, …, 27_N являются выходами системы.

На фиг.2 представлена структурная схема формирователя 5 логического троичного кода, а на фиг.3 и фиг.4 приведены диаграммы, поясняющие его работу. При этом эпюры, представленные на фиг.3 и обозначенные буквами от «а» до «м», считаются началом диаграмм, а эпюры, представленные на фиг.4 и обозначенные буквами от «м» до «ф», являются их продолжением. Для того чтобы представить их как единое целое, необходимо совместить изображения, приведенные на фиг.3 и фиг.4, на уровне эпюры, обозначенной повторяющейся буквой «м». Такое же буквенное обозначение представлено на фиг.2. Оно определяет те сечения преобразований формирователя 5 логического троичного кода, которые соответствуют эпюрам, приведенным на фиг.3 и фиг.4.

Структурная схема формирователя 5 логического троичного кода (фиг.2) содержит синтезатор 28 основной частоты преобразований кода с высокой стабильностью следования импульсной последовательности, у которой временные интервалы между импульсами равны Т₀/4, делитель 29 на два основной частоты следования импульсов, приводящий к формированию интервалов между импульсами Т₀/2, генератор 30 синхронизирующего меандра, а также синхронизатор 31, на выходе которого формируют высокостабильные границы смены символов двоичного кода сформированного группового сигнала, кратные Т₀. Групповой сигнал, сформированный на выходе 7 коммутатора 4, может, например, представлять собой результат временного уплотнения данных, дополненных словами синхронизации и другими служебными параметрами.

На выходе синхронизатора 31 из последовательности двоичных символов «0» и «1» формируют двоичный видеосигнал (эпюра Г) с повышенной стабильностью моментов времени смены (следования) двоичных символов группового телеметрического сигнала (ГТС).

Кроме того, формирователь 5 логического троичного кода содержит логические элементы «НЕ» 32, «И» 33₁, 33₂ и 33₃, «Запрет» 38, «ИЛИ» 39, четыре триггера 34₁, 34₂, 34₃ и 34₄, пять формирователей 35₁, 35₂, 35₃, 35₄, 35₅ преобразованных последовательностей тактовых импульсов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных дифференцирующих элементов 36₁, 36₂, 36₃, 36₄, 36₅ и ограничителей 37₁, 37₂, 37₃, 37₄, 37₅, a также дешифратор 40, модулятор 41 сигналов и формирователь 42 сигналов.

Вход 7 формирователя 5 логического троичного кода (фиг.1) представлен эпюрой «в» (фиг.3), а эпюры «ф» и «х» (фиг.4) - это информационный 8 и служебный 9 выходы формирователя 5, соответственно.

В результате предлагаемых преобразований двоичный код сформированного коммутатором 4 группового сигнала, составленный из последовательности двоичных символов «0» и «1», преобразуют в троичный код, представленный символами «S₀», «S₁» и «S₂», которые ассоциируют с амплитудно-импульсной модуляцией (АИМ), и символами «Т₀», «1,5Т₀» и «2Т₀», которые представляют собой широтно-импульсную модуляцию (ШИМ). Предлагаемое логическое правило преобразования двоичного кода в замещающий троичный код имеет одну неточность, которая при практической реализации приводит к одному из исключений из принятого правила логического помехоустойчивого кодирования, который помечен на эпюрах «н» и «о» (фиг.4) пунктирной линией и отмечен буквой «х». Исключение заключается в том, что временной интервал, соответствующий символу «2Т₀», при предлагаемом преобразовании двоичного кода в троичный обозначают сдвоенными импульсами (эпюра «о»), отстоящими друг от друга на Т₀/4. В формирователе 5 (фиг.2) логического троичного кода их выделяют в формирователе 42 сигналов и используют для подсчета в формирователе 6 синхросигналов количества кодовых комбинаций вида «101». В дешифраторе 40 сдвоенные импульсы, отстоящие друг от друга на Т₀/4, преобразуют при АИМ в амплитуду, соответствующую «S₂», а при ШИМ - в интервал времени «2Т₀». В результате этого на выходе 8 модулятора 41 сигналов формируют сигнал, одновременно промодулированный как по амплитуде (АИМ), так и по продолжительности импульсов (ШИМ) (эпюра ф).

Устройство функционирует следующим образом. На выходах датчиков 1₁, 1₂, …, 1_N (фиг.1) формируют дискретные значения контролируемых телеметрируемых параметров (ТМП), которые поступают в блок 2 уплотнения и синхронизации сигналов, в котором производят преобразование двоичного кода, состоящего из символов «0» и «1», в троичный код, представленный символами «S₀», «S₁», «S₂» с амплитудно-импульсной модуляцией (АИМ) их значений и символами «Т₀», «1,5Т₀» и «2Т₀» при использовании широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Кроме того, признаки троичных символов «S₂» и «2Т₀», которые формируют на выходе 9 формирователя 5 логического троичного кода, подсчитывают в формирователе 6 синхросигналов. Результаты счета кодируют с использованием двоичного кода и передают вместе с синхросигналом в коммутатор 4, который вставляет их в начало следующего телеметрического кадра.

В передатчике 3 производят двойную модуляцию несущей сигнала, подлежащего передаче по каналу связи 10, в результате чего, например, амплитудно-импульсную модуляцию (АИМ) видеосигнала преобразуют в частотную модуляцию несущей сигнала, широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) видеосигнала преобразуют в фазовую модуляцию несущей сигнала. Таким образом, реализуют двухступенчатую модуляцию в виде АИМ-ЧМ и ШИМ-ФМ.

Для уменьшения внеполосных излучений при использовании предлагаемого изобретения обеспечивают непрерывность первой производной формируемых для передачи частотно-модулируемых сигналов на границах символов «S₀», «S₁», «S₂». Это может быть обеспечено за счет переноса момента перехода от одного радиосимвола «S₀», «S₁», «S₂» к другому (ему противоположному) не в середине синусоиды радиоволны, а на ее вершине, когда их производные, полученные по предшествующему сигналу одной частоты и сигналу другой частоты, приходящему ему на смену, равны.

В результате применения способа реализуют следующую схему двухступенчатой модуляции:

1) ГТС<x>₂→<АИМ>₃→ЧМ>₃;

2) ГТС<x>₂→<АИМ>₃→<ФМ>₃.

Переход от двоичного цифрового группового сигнала ГТС<x>₂ к двухступенчатой модуляции следующих двух типов:<АИМ>₃→<ЧМ>₃ и <АИМ>₃→<ФМ>₃ приводит к тому, что каждый переданный троичный символ S_i способен нести в 1,6 раза больше информации по сравнению с двоичным кодом. Этот вывод следует из соотношения log₂3=1,6 (см. Былински П., Ингрем Д. Цифровые системы передачи: Пер. с англ. / Под ред. А.А.Визеля. - М.: Связь, 1980. - 360 с. ([6], стр.241-246)).

Двумерный способ модуляции кодов с основанием три, который проиллюстрирован на фиг.5, обеспечивает возможность объединения различных методов модуляции, реализованных на основе одной и той же несущей частоты сигнала. При этом трехосновные сигналы АИМ, представленные символами троичного кода «S₀», «S₁» и «S₂», преобразуют, например, в частоты «f₂=f_н-Δf_д», «f₁=f_н+Δf_д» и «f₀=f_н», соответственно, где f_н - значение несущей частоты сигнала, a Δf_д - значение девиации частоты. Таким образом, каждому из троичных символов соответствует свое значение частоты f₀, f₁ и f₂ (фиг.5). Кроме того, на границах интервалов трехосновного кодирования, соответствующего символам троичного кода «Т₀», «1,5Т₀» и «2Т₀», частоты f₀, f₁ и f₂ модулируют по фазе. Вследствие этого, границы интервалов трехосновного кодирования выделяют дважды: первый раз частотным детектором из-за происходящих изменений частоты, второй раз фазовым детектором, устанавливающим факт изменения фазы промодулированной частоты на 180°.

Это способствует дальнейшему развитию способа [2], в котором также используется одновременная частотная и фазовая модуляция несущей сигнала. Однако основу способа [2] составляет двоичное кодирование.

Двумерная модуляция цифровых данных, представленных с использованием троичных символов, приводит к возможности построения кодов, которые в специальной литературе называют «кодами плотнейшей упаковки» (см. Кукушкин С.С. «Математические методы преобразования и обработки измерительной информации при испытаниях и штатной эксплуатации ракетно-космической техники» - М.: ВА РВСН им. Петра Великого, 2009. - 276 с. ([7])). Такая возможность предоставляется только при троичном кодировании передаваемой информации.

Таким образом, достигается технический результат, заключающийся в следующем:

- в уплотнении сигналов в канале связи и расширении на этой основе его пропускной способности;

- в обеспечении контроля и исправления ошибок, обусловленных действием помех различного происхождения;

- в повышении скрытности передачи данных за счет одновременно используемых различных способов преобразования сообщений - существующего двоичного представления синхрослов и предлагаемого троичного кодирования передаваемой содержательной информации.

Предлагаемое изобретение может быть использовано для повышения энергетического потенциала радиолинии «Борт-Земля» при передаче телеметрической информации (ТМИ) от баллистических ракет (БР), ракет-носителей (РН), разгонных блоков (РБ) и космических аппаратов (КА) в условиях их испытаний и штатной эксплуатации (ШЭ). Оно составляет основу построения новой адаптивной системы информационно-телеметрического обеспечения (СИТО) испытаний БР и ШЭ ракетно-космической техники (РКТ), эффективность которой повышают за счет использования более эффективного по сравнению с известными аналогами помехоустойчивого кодирования. Его основу составляет предлагаемый в предлагаемом изобретении переход от традиционного двоичного кода к замещающему троичному логическому кодированию.

При применении предлагаемого изобретения будет обеспечено повышение энергетики передаваемых бит информации на 3-6 дБ. При этом будут уменьшены в 1,33 раза требования, предъявляемые к полосе пропускания канала связи, что имеет особое значение в условиях быстро растущих потоков передаваемых сообщений. Проведенное моделирование применительно к реальным условиям пуска БР и РН показывает, что при использовании изобретения зона уверенного приема данных телеизмерений одной телеметрической станцией будет повышена не менее чем в 1,4 раза при неизменных прочих условиях (мощности излучения сигналов, модели помех и условий приема).

В результате использования предлагаемого изобретения будет обеспечена дополнительная возможность обнаружения и исправления ошибок без введения избыточности в передаваемые символы за счет специальной конструкции предлагаемых логических трехосновных кодов. При этом трехосновный код будет замещающим и использоваться только при передаче информации. Для анализа и обработки его могут снова преобразовывать в традиционный двоичный код. Кроме того, подсчитанное на передающей стороне в формирователе 6 число кодовых комбинаций «101» за период, равный длительности телеметрического кадра, сравнивают с принятым и восстановленным числом данных комбинаций в том же телеметрическом кадре на приемной стороне, а их разность используют для оценивания качества канала связи и показателей достоверности принятой информации.

Еще одна из отличительных особенностей предлагаемого изобретения заключена в том, что трехосновный код позволяет использовать несколько независимых видов модуляции сигналов: АИМ и ТЛИМ по отношению к видеосигналам, а также ЧМ и ФМ в части радиосигналов (см. «Современная телеметрия в теории и на практике / Учебный курс», Спб.: Наука и Техника, 2007. - 672 с. ([8], стр.248)).

Предлагаемое изобретение отличается от прототипов и аналогов следующими сущностными характеристиками:

а) оно формирует принципиально новые условия для повышения эффективности систем передачи информации на основе перехода от традиционного позиционного двоичного кодирования к более экономичному троичному коду;

б) оно создает основу для усиления заявленного технического эффекта при объединении различных видов помехоустойчивого кодирования.

Изобретение относится к телеметрии, технике связи и может быть использовано в системах передачи информации по цифровым каналам связи. Технический результат заключается в уплотнении сигналов в канале связи и расширении на этой основе его пропускной способности, обеспечении контроля и исправления ошибок, в повышении скрытности передачи данных за счет одновременно используемых различных способов преобразования сообщений. Основу достижения технического результата составляет: 1) преобразование символов двоичного кода «0» и «1», которым кодируют передаваемую информацию, в предлагаемый логический помехоустойчивый код с основанием три с новыми символами S₀, S₁ и S₂; 2) установление следующего правила взаимно-однозначного соответствия: S₀↔(«00», «11»); S₁↔(«10», «001»); S₂↔«101», где 0 и 1 - это символы последовательности группового сигнала (ГС), представленного в двоичном коде; 3) одновременное использование нескольких типов первичной амплитудной модуляции, например амплитудно-импульсной (АИМ₃) и широтно-импульсной (ШИМ₃), где подстрочное обозначение указывает на основание кода, равное 3, образованное символами S₀, S₁ и S₂; 4) реализация следующей схемы двухступенчатой модуляции группового сигнала (ГС): 1) ГТС<x>₂→<АИМ>₃→ЧМ>₃ и 2) ГТС<x>₂→<АИМ>₃→<ФМ>₃, где ГС<x>₂ - исходный цифровой двоичный код. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ передачи информации, заключающийся в сборе сигналов от источников сообщений, синхронизации их по времени, формировании уплотненного сигнала из синхронизированных собранных сигналов, формировании сигнала несущей частоты, модуляции сигнала несущей частоты уплотненным групповым сигналом на основе сформированного видеокода, передаче промодулированного сигнала по каналу связи, отличающийся тем, что для передачи информации двоичный видеосигнал служебных и информационных сообщений после его уплотнения преобразуют в замещающий троичный помехоустойчивый код, который формируют на основе принятого логического правила кодирования, и на основе принятого логического правила кодирования, на первом этапе преобразований двоичного кода формируют две составляющие модулирующего видеосигнала, предназначенного для модуляции несущей частоты передаваемого сигнала, каждая из которых имеет по три символа кодирования, условно определяемых как «S₀» и «Т₀», «S₁» и «1,5Т₀», «S₂» и «2Т₀», первую модулирующую составляющую преобразованного первого трехосновного видеосигнала, содержащую символы троичного кода «S₀», «S₁» и «S₂», представляют в виде амплитудно-импульсной модуляции, а вторую модулирующую составляющую видеосигнала с символами трехосновного кода «Т₀», «1,5Т₀», «2Т₀», где Т₀ - продолжительность одного символа исходного двоичного кода используют для широтно-импульсной модуляции второго видеосигнала, при этом на втором этапе преобразований, связанном с модуляцией несущей передаваемого сигнала, амплитудно-импульсную модуляцию сформированного видеокода преобразуют, например в частотную модуляцию с тремя фиксированными значениями частоты передаваемого сигнала: «f₂=f_н-Δf_д», «f₁=f_н+Δf_д» и «f₀=f_н» соответственно, где f_н - значение несущей частоты сигнала, а Δf_д - значение девиации частоты, а вторую составляющую сформированного видеосигнала используют для фазовой модуляции передаваемого сигнала путем изменения фазы на 180° на границах временных интервалов, соответствующих троичным символам «Т₀», «1,5Т₀» и «2Т₀».

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что формируют из двоичного кода видеосигнал с основанием три (S_i, i=0, 1, 2), что приводит к использованию на передающей стороне новой более экономичной по отношению к двоичным кодам (A_i, i=0, 1), троичной системы кодирования информации, на основе которой производят уплотнение спектра передаваемых сигналов, последовательностью, состоящей из сформированных троичных символов, модулируют, используя несколько видов различной вторичной модуляции, сигнал, передаваемый по каналу связи, при этом двоичным комбинациям («00» и «11») исходной последовательности двоичных символов соответствует новый символ троичного кода «S₀», кодовые комбинации исходного двоичного кода группового сигнала («001» и «10») заменяют на символ троичного кода «S₁», a оставшимся в исходной последовательности двоичного кода группового сигнала кодовым комбинациям вида «101» ставят в однозначное соответствие символ троичного кода «S₂», на приемной стороне при расшифровке троичных символов, обозначенных, как «S₀», «S₁» и «S₂», контроль однозначности восстановления переданных сообщений при обратном переводе троичного кода в исходный двоичный код производят на основе проверки условия совпадения последнего двоичного символа «0» или «1» предыдущей расшифровки принятого троичного символа с первым символом «0» или «1» последующей расшифровки, при этом наличие ошибки в приеме троичных символов «S₀», «S₁» и «S₂» определяют на основе нарушения данного правила.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что фазовую модуляцию передаваемого сигнала производят изменением фазы несущей передаваемого сигнала на 180° в моменты времени, определяющие границы длительности импульсов сформированного трехосновного кода «Т₀», «1,5Т₀» и «2Т₀», где Т₀ - продолжительность двоичного символа «0» или «1» первичного двоичного кода.

4. Система для осуществления способа, содержащая на передающей стороне передатчик и датчики, выходы которых соединены с соответствующими входами блока уплотнения и синхронизации сигналов, включающего в себя коммутатор и формирователь синхросигналов, отличающаяся тем, что в состав блока уплотнения и синхронизации сигналов входит формирователь логического троичного кода и формирователь синхросигналов, при этом N входов коммутатора являются входами блока уплотнения и синхронизации сигналов, а выход коммутатора соединен с первым входом формирователя логического троичного кода, один из выходов которого является выходом блока уплотнения и синхронизации сигналов, а второй выход подключен ко входу формирователя синхросигналов, выход которого соединен с (N+1)-м входом коммутатора, выход передатчика через канал связи подключен ко входу приемника, имеющего три выхода - один служебный выход, подключенный ко входу селектора сигналов синхронизации, и два информационных, соединенных со входами первого и второго демодуляторов информационных сигналов соответственно, вторые входы которых объединены и подключены к первому выходу селектора сигналов синхронизации, второй выход которого соединен с объединенными вторыми входами первого и второго корректоров ошибок передачи, первые входы которых через соответствующие первый и второй расшифровщики троичных символов подключены к выходам соответствующих первого и второго демодуляторов информационных сигналов, выходы первого и второго корректоров ошибок передачи соединены с соответствующими входами формирователя общего потока сообщений, выход которого подключен ко входу декоммутатора, N выходов которого являются выходами системы.

5. Система для осуществления способа по п.5, отличающаяся тем, что формирователь логического троичного кода содержит синтезатор основной частоты преобразований кода, делитель на два основной частоты следования импульсов, формирователь синхронизирующего меандра, синхронизатор, три логических элемента «И» и по одному логическому элементу «НЕ», «Запрет» и «ИЛИ», четыре триггера, пять формирователей преобразованных последовательностей тактовых импульсов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных дифференцирующего элемента и ограничителя, а также дешифратор, модулятор сигналов и формирователь сигналов, при этом синтезатор основной частоты преобразований соединен через последовательно соединенные делитель на два основной частоты и генератор синхронизирующего меандра со вторым входом синхронизатора, первый вход которого является информационным входом формирователя логического троичного кода, а выход соединен с объединенными первым входом логического элемента «Запрет» и первым входом первого логического элемента «И», второй вход которого подключен через первый логический элемент «НЕ» к выходу генератора синхронизирующего меандра, а выход соединен с объединенными входами второго логического элемента «И» и второго формирователя преобразованных последовательностей тактовых импульсов, выход которого соединен с первым входом первого триггера, а выход второго логического элемента «И» со вторым входом первого триггера, выход которого соединен со вторым входом логического элемента «Запрет», второй вход второго логического элемента «И» соединен с выходом синтезатора основной частоты преобразований кода, выход формирователя синхронизирующего меандра соединен со входом первого формирователя преобразованных последовательностей тактовых импульсов, выход которого соединен со вторым входом второго триггера, первый вход которого объединен со вторым входом третьего триггера и подключен к выходу синтезатора основной частоты преобразований, первый вход третьего триггера объединен с первым входом четвертого триггера и через третий формирователь преобразованных последовательностей тактовых импульсов подключен к выходу логического элемента «Запрет», выход второго триггера объединен со вторым входом третьего логического элемента «И», первый вход которого соединен с выходом четвертого триггера, второй вход которого через четвертый формирователь преобразованных последовательностей тактовых импульсов, вход которого соединен с выходом второго триггера, выход третьего логического элемента «И» соединен с первым входом логического элемента «ИЛИ», второй вход которого подключен к выходу третьего триггера, а выход соединен с объединенными входами формирователя сигналов и пятого формирователя преобразованных последовательностей тактовых импульсов, выход которого через дешифратор подключен ко входу модулятора сигналов, выход которого является информационным выходом формирователя логического троичного кода, служебным выходом которого является выход формирователя сигналов.