СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЗАМЕЩАЮЩЕГО ЛОГИЧЕСКОГО ТРОИЧНОГО ПОМЕХОУСТОЙЧИВОГО КОДА Российский патент 2020 года по МПК G08C19/28 

Изобретение относится к системам телекоммуникации 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, увеличить, при необходимости, скорость передачи информации и обеспечить ее скрытность.

Известны «Способы передачи информации и системы для их осуществления» (патент RU №2475861 с приоритетом от 27.04.2013 г. [1] и патент RU №2581774 с приоритетом от 30.09.2014 г. [2]), сущностные характеристики которых заключены в переходе при передаче информации от традиционно используемого двоичного кода с символами «1» и «0» к замещающему логическому троичному помехоустойчивому кодированию с символами S₂, S₁ и S₀, представленными тремя разрешенными значениями амплитудно-импульсной модуляции (АИМ₃), которые дублируются символами Т₂, T₁ и Т₀, представляющими собой три разрешенных значения широтно-импульсной модуляции (ШИМ₃).

В патенте [2], который был награжден дипломом Роспатента в номинации «100 лучших изобретений России - 2016», предлагаемый троичный код с символами S₂(T₂), S₁(T₁) и S₀(T₀) был использован по новому назначению - для повышения информационной нагруженности несущей частоты, излучаемой передатчиком, для чего была использована одновременная (комплексная) модуляция по амплитуде, частоте и фазе. Помимо этого, была обеспечена «сопоставимость результатов демодуляции относительной фазовой модуляции с основанием два, применяемой по основному каналу связи, и предлагаемой троичной фазовой модуляции с основанием два (ФМ₂³), основу которой составляют логические помехоустойчивые коды с основанием три, представленные символами S₂(T₂), S₁(T₁) и S₀(T₀)» (п.4 формулы изобретения). Однако для реализации такой возможности требуется наличие дополнительного (дублирующего) канала передачи информации, что не всегда может быть обеспечено в разнообразных практических приложениях. Суть предлагаемого логического помехоустойчивого кодирования сформированных сообщений замещающим троичным кодом заключается в следующем [1, 2].

Основу способа составляют формулы преобразования F, связанные с заменой последовательности символов a_i0, a_i1, …, a_in двоичного алфавита А={0,1} последовательностями символов d_i0, d_il, …, d_im алфавита D={00, 11, 10, 001, 101} на основе следующих логических схем кодирования:

Предлагаемое кодирование устанавливает логическое соответствие между двоичными символами, представленными в скобках, и их троичными эквивалентами S₀, S₁ и S₂.

Кроме того, при получении сигналов S₀, S₁ и S₂ обеспечивают их дублирование сигналами Т₀, T₁ и Т₂ (фиг. 1 и фиг. 4, 5 (эпюры «а» - «ф»)). Пример реализации такого способа перекодирования исходного потока бит в логический помехоустойчивый троичный код, предлагаемый в патенте РФ №2475861 [1], приведен на фиг. 2 и 3. При этом на фиг. 2 представлена структурная схема передающей и приемной сторон, а на фиг. 4, 5 (эпюры «а» - «ф») - работа формирователя троичного кода.

В результате этого формируют две модулирующие последовательности на основе сигналов S₀, S₁, S₂ и сигналов Т₀, T₁, Т₂. При этом, если сигналы S₀, S₁, S₂ представлены в виде АИМ₃ на три состояния, то соответствующие им сигналы Т₀, Т₁, Т₂ отображают в виде ШИМ₃, имеющей также три разрешенные позиции длительности импульсов Т₀, T₂=1,5T₀, Т₂=2Т₀, где Т₀ - временная продолжительность символов «1» и «0» исходного двоичного кода. В результате этого поток сформированных для передачи цифровых данных, отображаемый вначале последовательностями символов «1» и «0» двоичного кода, после перекодирования в логический помехоустойчивый троичный код с символами S₂(T₂)↔<101>₂, S₁(T₁)↔<10, 001>₂ и S₀(T₀)↔<00,11>₂, представляют двумя дублирующими потоками на уровне первичной (импульсной) модуляции: АИМ₃ и ШИМ₃. Возможность подобного представления исходного потока передаваемых символов на уровне первичной (импульсной) модуляции двумя их копиями с использованием АИМ₃ и ШИМ₃ не имеет аналогов за исключением первоисточников [1] и [2], являющихся прототипами.

Сущностные характеристики предлагаемого изобретения заключаются в следующих отличительных особенностях:

1) в переходе на заключительном этапе формирования новых сигнально-кодовых конструкций к образам формируемых импульсных последовательностей, используемых для последующего второго этапа модуляции (вторичной модуляции), когда первичную импульсную форму сигналов переносят на модуляцию несущей частоты (амплитудную, частотную или фазовую);

2) в использовании троичного кода для модернизации существующих способов квадратурной модуляции несущей частоты радиосигнала.

Переход к образам представления передаваемой информации и ее сигнально-кодовых конструкций (СиКК) представляет собой одно из наиболее перспективных направлений в развитии телекоммуникационных систем. Этому также способствуют появившиеся разнообразные формы сжатого представления формируемых сообщений и сигналов. В их числе образы-остатки, оставляющие основу дополнительного кодирования передаваемой и обрабатываемой информации, представленной двоичным кодом (патенты РФ №2434301, №2434302, №2434303, №2434304, №2444066, №2445709, №2447492, №2457543, №2586605, №2586833, №2609747 [3], №2649291 [4], №2658795 [5]).

В предлагаемом изобретении формирование образов передаваемых СиКК производят на последующих (по отношению к представлению данных и сообщений образами-остатками) этапах (i) распределенных структурно-алгоритмических преобразований (САП-i), когда двоичный код преобразуют в троичный с дублирующими символами S₂(T₂)↔<101>₂, S₁(T₁) ↔<10,001>₂ и S₀(T₀)↔<00,11>₂. При этом для превращения сформированного троичного кода с символами S₂(T₂)↔<101>₂, S₁(T₁) ↔<10, 001>₂ и S₀(T₀) ↔<00,11>₂ в его образы используют «меандровые» технологии, суть которых заключается в том, что сформированный сигнал ШИМ₃ с двумя уровнями квантования по амплитуде (-1, +1) и тремя длительностями: Т₀=Т₀, Т₁=1,5Т₀ и Т₂=2Т₀ (фиг. 6, эпюра «а») суммируют на передающей стороне с меандровой импульсной последовательностью {λ_i} с амплитудой, принимающей значения «+1» и «-1» (фиг. 6, эпюра «в»), имеющей период повторяемости Т₀, в результате чего получают биполярную импульсную последовательность с длительностью импульсов Т₀/2 (фиг. 6, эпюра «г»), принимающей следующие значения амплитуды: «+2», «0» и «-2». Затем сформированную импульсную последовательность троичного кода с символами «+2», «0» и «-2» используют для модернизации существующих квадратурных способов вторичной модуляции несущей частоты.

В изобретениях-аналогах [1] и [2] рассматривались случаи одновременного использования нескольких видов вторичной модуляции, когда изменение исходных информационных импульсов, соответствующих символам кода, проявляется в виде соответствующего изменения несущей частоты радиосигналов в виде амплитуды, частоты и фазы, что соответствует применению амплитудной, частотной и фазовой ее модуляции.

Также известны и более сложные их формы, составляющие основу разнообразных способов квадратурной модуляции. Они связаны с формированием квадратурных составляющих, представляющих собой синфазный (Q(t)) и квадратурный (I(t)) подпотоки передаваемых кодовых слов, данных и сообщений (фиг. 8) ([6], Феер К. Беспроводная цифровая связь. Методы модуляции и расширения спектра (Wireless Digital Communications: Modulation and Spread Spectrum Applications). - M.: Радио и связь, 2000. - 552 с. - ISBN 5-256-01444-7). Для этого первоначальный поток сформированных для передачи символов «1» и «0» двоичного кода, представляющий собой цифровой групповой сигнал, разделяют на две составляющие, одна из которых представляет собой условные «нечетные» биты (синфазный подпоток бит (Q(t)), а вторая «четные» биты (квадратурный подпоток разделенных бит (I(t)) (фиг. 8).

В предлагаемом изобретении также осуществляют разделение сформированного потока импульсов троичного кода с символами «+2», «0» и «-2», имеющих длительность Т₀/2 (фиг. 6, эпюра «г») на четные (фиг. 6, эпюра «д») и нечетные импульсные подпоследовательности (фиг. 6, эпюра «е»), принимающими следующие два значения амплитуд «+2», «0» (фиг. 6, эпюра «д»), и «0», «-2» (фиг. 6, эпюра «е»).

Затем в соответствии с основополагающими принципами квадратурной модуляции импульсы каждой из полученных подпоследовательностей «+2», «0» (фиг. 6, эпюра «д») и «0», «-2» (фиг. 6, эпюра «е») расширяют в два раза, в результате чего их длительность увеличивают в два раза и она становится равной Т₀, как для синфазной составляющей (Q(t)) (фиг. 6, эпюра «ж»), так и для квадратурной составляющей (I(t)) (фиг. 6, эпюра «з»). В результате этого синфазная составляющая (Q(t)) (фиг. 6, эпюра «ж») изменяет фазу несущей на 0° и 180° при ее аналитическом описании по закону «косинуса», а квадратурная составляющая (I(t)) (фиг. 6, эпюра «з») также изменяет фазу несущей на 0° и 180° при ее аналитическом описании по закону «синуса». В итоге получают результат вторичной модуляции несущей, подобный тому, что наблюдают при использовании существующего способа квадратурной модуляции (фиг. 8).

При приеме осуществляют обратную операцию восстановления переданных символов троичного кода Т₀, T₁=1,5T₀, Т₂=2Т₀, где Т₀ - временная продолжительность символов «1» и «0» исходного двоичного кода. Для этого восстановленную после демодуляции фазовым детектором несущей частоты последовательность синфазной составляющей (Q(t)) (фиг. 6, эпюра «ж») меандровый сигнал, подают на запрещающий вход логического элемента «Запрет», реализуя при этом операцию, обозначаемую, как (λ_i^-1) (фиг. 7, эпюра «з^*»). Тоже самое производят и по отношению к квадратурной составляющей (I(t)) (фиг. 7, эпюра «ж^*»). От аналогичных представлений на передающей стороне (фиг. 6, эпюра «ж») и (фиг. 6, эпюра «з») восстановленные последовательности (фиг. 7, эпюра «ж^*») и (фиг. 7, эпюра «з^*»)) могут отличаться только из-за действия помех и искажений, которые они претерпевают при передаче информации. При этом переход от расширенных при квадратурной модуляции символов синфазной (Q(t)) и квадратурной составляющей (I(t)) к ускоренному их представлению с длительностями Т₀/2 получают, как было отмечено ранее, с использованием логического элемента «Запрет», на запрещающий вход которого подают меандровый сигнал.

После этого суммируют символы синфазной (Q(t)) (фиг. 7, эпюра «е^*») и инвертированной квадратурной составляющей (I(t)) (фиг. 7, эпюра «ж^*»), в результате чего восстанавливают троичный код в виде: «+2», «0» и «-2», имеющих длительность T₀/2 (фиг. 7, эпюра «д^*»)).

Наконец исходную последовательность символов троичного кода Т₀, T₁=1,5T₀, Т₂=2Т₀, которая первоначально была сформирована на передающей стороне, получают в результате суммирования троичного кода с символами: «+2», «0» и «-2», имеющими длительность Т₀/2 (фиг. 7, эпюра «д^*») с инверсным меандровым сигналом, реализуя по отношению к его виду, приведенному на фиг. 6, эпюра «в»), обратную операцию (λ_i^-1).

В итоге, будет повышена помехозащищенность передаваемых сигналов. Одна из составляющих этого технического эффекта связана с тем, что помехоустойчивость восстанавливаемого на приемной стороне меандра будет по сравнению с принимаемым сигналом существенного выше, поскольку его формируют на основе приема сигналов синхронизации, к аналогичному показателю которого в соответствии с теорией связи предъявляются более высокие требования.

В патенте [1] приведена последовательность операций, посредством которых реализуют предлагаемый алгоритм перекодирования двоичного кода в троичный с дублирующими символами S₀(T₀), S₁(T₁) и S₂(T₂) на основе логических схем. Структурные схемы устройств, которые реализуют способ [1], приведены на фиг. 2 и 3. При этом на фиг. 3 представлена логическая схема формирователя 5 троичного кода. На фиг. 3 представлены буквами от «а» до «ф» информационные сечения, которые совпадают с соответствующими обозначениями, использованными при обозначениях эпюр, которые приведены на фиг. 4 и фиг. 5 (А).

Основная задача патента [1] заключалась в том, чтобы показать возможность достаточно простой реализации процесса перехода от двоичного кода к предлагаемому троичному кодированию на основе двоичной логики, составляющей основу функционирования существующей элементной базы.

Применительно к бортовой радиотелеметрической системе (БРТС) передающая сторона содержит [1] (фиг. 2): датчики - 1₁, 1₂, …, 1_N, 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 является первым выходом блока 2 и первым входом формирователя 5 логического троичного кода, первый выход 8 которого является вторым 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 четыре выхода - один служебный выход 25, подключенный ко входу селектора сигналов синхронизации 13, и три информационных, соединенных с первыми входами 28, 29, 30 демодуляторов 16, 15 и 14 информационных сигналов, соответственно, вторые входы которых объединены и подключены к первому выходу 26 селектора сигналов синхронизации 13, второй выход 27 которого соединен с объединенными вторыми входами корректоров 17, 19 и 22 ошибок передачи, первые входы которых через соответствующие им расшифровщики 18, 20 и 21 троичных символов подключены к выходам соответствующих демодуляторов 14, 15 и 16 информационных сигналов, выходы корректоров 22, 19 и 17 ошибок передачи соединены соответственно с первым 31, вторым 32 и третьим 33 входами формирователя 23 общего потока сообщений, выход которого подключен ко входу декоммутатора 24, N выходов которого 34₁, 34₂, …, 34_N, являются выходами системы.

Недостаток изобретения [1] заключен в том, что потенциальные возможности предлагаемого троичного кодирования с использованием символов T_i, i=0, 1, 2, представленных импульсами (ШИМ₃) с тремя разрешенными их длительностями: Т₀, 1,5Т₀ и 2Т₀, где Т₀ - длительность символов «1» и «0» исходного двоичного кода, не были достаточно полно раскрыты. Прежде всего, это было связано с необходимостью такого согласования предлагаемой технологии логического помехоустойчивого троичного кодирования информации с существующими принципами построения радиомодемов и систем передачи данных (СПД), в результате чего возможность перехода от двоичного кода к предлагаемому замещающему помехоустойчивому троичному могла бы быть реализована на практике без дополнительных доработок. Основной недостаток замены первичной кодово-импульсной модуляции двоичного кода на ШИМ₃ при использовании предлагаемого трехосновного кода заключается в различной длительности троичный символов T_i, i=0, 1, 2: Т₀, 1,5Т₀ и 2Т₀ вместо исходного значения Т₀. А в то же время многие из существующих способов передачи информации включают в себя операции, которые ориентированы только на двоичные символы, имеющие одну и ту же продолжительность во времени Т₀. К их числу, например, относятся: операции быстрого преобразования Фурье (БПФ) и существующие технологии использования псевдослучайно прыгающих радиочастот (ППРЧ), составляющих основу расширения спектра частот радиосигнала и обеспечения на этой основе скрытности и защищенности передаваемой информации. В результате этого появляется необходимость повторного перехода от предлагаемого логического троичного кода, оперирующего символами T_i, i=0, 1, 2, к двоичному коду с символами «1» и «0», но с уменьшенной их длительностью Т₀/n.

Один из таких вариантов (заявка на изобретение №2019226490/08(051949) от 22.08.2019 г. [7]) предполагает заполнение длительностей Т₀, 1,5Т₀ и 2Т₀ «чипами», представляющими собой псевдослучайные последовательности в виде кодов Баркера с числом бит N₀=3; N₁=5 и N₂=7 меньшей длительности. Один из таких вариантов приведен на иллюстрации, приведенной на фиг. 5 (Б). Из нее следует, что длительность символов «1» и «0» кодов Баркера должна быть равна Т₀/4. При этом в конце каждого из импульсов ШИМ₃, соответствующих символам троичного кода Т₀, 1,5Т₀ и 2Т₀, после вписывания кодов соответствующих Баркера остается пустое место, в которые подставляется символ «1», имеющий длительность Т₀/4. в результате передаче в канал связи подлежит не троичный код, представленный импульсами ШИМ₃, а непрерывная последовательность бит с длительностью в 4 раза меньшей по сравнению с исходными символами «1» и «0» двоичного кода. В результате этого от узкополосного канала связи переходят к широкополосному с базой В=4. К тому же такая замена исходных символов «1» и «0» битами «чипов» меньшей длительности не противоречит возможности использования других технологий и преобразований, которые используют в современных радиомодемах и СПД. Так, например, алгоритмы БПФ и ППРЧ должны быть переориентированы на работу не с длительностями бит, равными Т₀, а с скорректированными их значениями Т₀/4.

Однако недостаток такого способа заключается в необходимости уменьшения в 4 раза скорости передачи информации, что может быть неприемлемым для случая передачи высокоскоростной информации.

В предлагаемом способе этот недостаток частично устранен: его реализация приведет к эффекту, когда скорректированные значения длительности импульсных последовательностей будут равны: Т₀/2.

При этом появляются дополнительные новые сущностные характеристики изобретения, которых ранее не было.

В качестве дополнительного пояснения сущности предлагаемого изобретения необходимо отметить следующее.

Синфазная составляющая Q(t) в соответствии с принципами квадратурной модуляции несущей частоты радиосигнала [6], представляется косинусоидальным законом изменения его значений, а квадратурная составляющая I(t) оказывается сдвинутой по фазе на π/2=90° и соответствуют синусоидальному закону изменения несущей радиочастоты. Каждая из импульсных составляющих управляет законом изменения фазы 0° и 180° несущей радиочастоты, но из-за их сдвига относительно друг друга на π/2=90°, получается, что каждое их модуляционное состояние отличается на π/4=45°, что продемонстрировано на иллюстрации, приведенной на фиг. 8.

Таким образом, принципиальное отличие предлагаемого способа квадратурной модуляции от его известного аналога [6] заключается в том, что на полупотоки разделяют не биты, представленные символами «1» и «0», а сформированный посредством сложения с меандром с периодом изменения Т₀ образ исходного трехосновного кода с символами T_i, i=0, 1, 2: Т₀, 1,5Т₀, 2Т₀.

На приемной стороне расширенные в два раза импульсы восстановленной синфазной и квадратурной составляющих троичного кода, отличающиеся от аналогичных эпюр, приведенных для передающей стороны, только влиянием помех. Их амплитуды принимают два значения +2 и 0, в которые преобразованы в изменения фазы радиосигнала 180° и 0°. При этом восстановленные импульсы синфазного канала Q(t) подают на логический элемент Запрет, на запрещающий вход которого поступает инвертированная копия меандра, имеющего период следования Т₀, в результате чего восстанавливают нечетную последовательность троичных символов с длительностью импульсов (фиг. 7, эпюра «е^*»)), равную Т₀/2, отличающуюся от такой же последовательности сформированной на передающей стороне (фиг. 6, эпюра «д») влиянием помех.

Аналогичным образом, восстанавливают расширенные в два раза импульсы квадратурного канала I(t) троичного кода (фиг. 7, эпюра «и^*»), для чего их подают на логический элемент Запрет, на запрещающий вход которого поступает прямая копия меандра, имеющего период следования Т₀. В результате этого восстанавливают четную последовательность троичных символов с длительностью импульсов (фиг. 7, эпюра «к^*»), равную Т₀/2, отличающуюся от такой же последовательности, сформированной на передающей стороне (фиг. 6, эпюра «е») влиянием помех. Полученный при этом результат инвертируют (фиг. 7, эпюра «ж^*») и суммируют с восстановленной последовательностью (фиг. 7 (эпюра «е^*»)), в результате чего восстанавливают образ переданного троичного кода (фиг. 7 (эпюра «д^*»)), принимающего значения +2, 0, -2. Он представляет собой (без учета помех) копию того, что было сформировано на передающей стороне (фиг. 6, эпюра «г»).

Полученный при этом восстановленный троичный код Т₀, 1,5Т₀, 2Т₀, отождествляемый с импульсами ШИМ₃, подверженный различного рода искажениям при передаче, будет восстановлен с более высоким качеством. Этот эффект вызван тем, что передаче по каналу связи подлежал не сам троичный код с символами: Т₀, 1,5Т₀, 2Т₀, отождествляемый с импульсами ШИМ₃ соответствующей продолжительности во времени, а его образ, представленный на фиг. 6, эпюра «г» в виде импульсов с длительностью Т₀/2 со значениями +2, 0, -2. Это означает, что передаче подлежал не полноценный сигнал, а его образ, лишенный некоторых его первоначальных признаков. Попросту можно сказать, что сигнал, представленный на фиг. 6, эпюра «г» виде импульсов с длительностью Т₀/2 со значениями +2, 0, -2, представляет собой «полуфабрикат» исходного троичного кода, представленного на фиг. 6, эпюра «а»), в виде ШИМ₃.

Такой же «полуфабрикат» исходного троичного кода, отличающийся только тем, что он может быть искажен помехами при передаче информации, получают при восстановлении на приемной стороне (фиг. 7, эпюра «д^*»). Однако при последующей операции его суммирования с меандром, который восстанавливают на основе сигналов синхронизации, требования к помехозащищенности которых по определению существенно выше, то используемый при этом меандр более точно воспроизводит форму информационных импульсов ШИМ₃ по сравнению со случаем непосредственной их передачи. Кроме того, переданный образ (или полуфабрикат в соответствии с ранее приведенным пояснением) передаваемой символьной последовательности будет восстановлен в первоначальном его виде только при приеме информации. В этом также заключается принципиальное отличие и сущностные характеристики предлагаемого изобретения. Таким образом, передаваемая информация на структурно-кодовом уровне будет дополнительно защищена от помех, несанкционированного доступа (НСД) и информационно-технических воздействий (ИТВ).

Это новое научное направление при синтезе сложных шумоподобных сигналов, структурно-кодовых и сигнально-кодовых конструкций активно развивается в последнее время под названием «меандровые шумоподобные сигналы (ВОС-сигналы)», которые предназначены для повышения эффективности спутниковых радионавигационных систем [8] (М.С. Ярлыков «Меандровые шумоподобные сигналы (ВОС-сигналы)» и их разновидности в спутниковых радионавигационных системам, М.: Радиотехника, 2017. - 416 с).

В данном изобретении меандровые технологии были использованы по новому назначению - для обеспечения комплексной защиты информации от помех, НСД и ИТВ при использовании нового способа экономного помехоустойчивого кодирования данных на основе замещающих логических троичных кодов.

Отличительные особенности предлагаемого изобретения также связаны с потребностью объединения различных САП, относящихся к кодированию и модуляции сигналов в единую непротиворечивую информационную систему, составляющую основу синтеза различных проблемно-ориентированных структурно-кодовых и СиКК.

Новизна и сущностные характеристики предлагаемого способа передачи информации с использованием замещающего логического троичного помехоустойчивого кода, заключающегося в сборе сигналов от источников сообщений, синхронизации их по времени, формировании уплотненного цифрового группового сигнала из синхронизированных собранных сигналов, формировании сигнала несущей частоты, модуляции сигнала несущей частоты уплотненным цифровым групповым сигналом на основе сформированного видеокода и в последующей передаче промодулированного сигнала по каналу связи, состоят в следующем. Он отличается тем, что на передающей стороне цифровые сообщения источников информации, представленные N-разрядным позиционным двоичным кодом подвергают САП, осуществляемым в следующей последовательности: вначале дополнительное экономное кодирование, использующее для повышения помехоустойчивости естественную избыточность передаваемой информации, за которым следует рандомизатор символов двоичного кода, назначение которого состоит в выравнивании вероятностей появления символов «1» и «0» на его выходе для приближения к значению, равному 0,5, после чего формируют уплотненный цифровой групповой сигнал и кодируют его помехоустойчивым кодом с введением избыточных проверочных символов, полученные результаты преобразований цифрового группового сигнала, представленные двоичным кодом с символами «1» и «0», преобразуют в замещающий логический помехоустойчивый код с символами S₀» и «Т₀», «S₁» и «T₁» «S₂» и «Т₂», при этом двоичным комбинациям («00» и «11») исходной последовательности двоичных символов ставят в соответствие одновременно формируемые символы троичного кода «S₀» и «Т₀», кодовые комбинации исходного двоичного кода группового сигнала («001» и «10») заменяют на формируемые символы троичного кода «S₁» и «Т₁», а оставшимся в исходной последовательности двоичного кода группового сигнала кодовым комбинациям вида «101» одновременно ставят в однозначное соответствие символы троичного кода «S₂» и «Т₂», после чего первую модулирующую составляющую преобразованного первого трехосновного видеосигнала, содержащую символы «S₀», «S₁» и «S₂», представляют в виде амплитудно-импульсной модуляции, а вторую модулирующую составляющую видеосигнала с символами трехосновного кода «Т₀», «T₁=1,5T₀» и «Т₂=2Т₀», где Т₀ - продолжительность одного символа исходного двоичного кода «1» и «0», используют для биполярной ШИМ₃, представляющей собой второй видеосигнал, импульсы которого с тремя разрешенными значениями: Т₀, 1,5Т₀ и 2Т₀ принимают значения амплитуд «+1» и затем их суммируют с сигналами тактовой синхронизации, представляющими собой биполярный меандр с периодом его повторения Т₀ и длительностью каждого из импульсов Т₀/2 и значениями амплитуд «+1» и в результате чего получают замещающий трехосновный код, представленный последовательностью символов «+2», «0» и «-2», каждый из которых имеет длительность биполярных импульсов, равную Т₀/2, в результате чего в новой логической последовательности сохраняют представление об исходной биполярной ШИМ₃, но на основе символов одной и той же длительности Т₀/2, вместо Т₀, 1,5Т₀ и 2Т₀, после чего сформированную логическую последовательность трехосновных символов «+2», «0» и «-2» разделяют на синфазные и квадратурные подпотоки, первый из них представляют нечетными по счету символами, а второй - четными счетными символами троичного кода, затем длительность каждого символов в подпотоках при последующей квадратурной модуляции несущей расширяют в два раза, при этом в синфазном и квадратурном подпотоках передаваемых данных изменение полярности расширенных импульсов представляют манипулированием фазы несущей частоты на 0° и 180°, соответствующей закону косинуса для синфазной составляющей, и изменением фазы несущей частоты на 0° и 180°, соответствующей закону синуса для квадратурной составляющей, в результате чего сформированный и передаваемый по радиоканалу общий сигнал с квадратурной модуляцией по своему внешнему виду не будет иметь принципиальных отличий от существующих аналогов, использующих в качестве основы двоичный код с символами «1» и «0», на приемной стороне каждый из принятых расширенных вдвое в результате квадратурной модуляции символов двоичного кода, принадлежащих синфазному и квадратурному потокам символов троичного кода, воспринимаемых как обычные импульсные символьные одной и той же длительности, приводят к их исходному предмодулированному виду с использованием логического элемента «Запрет», для чего на его запрещающий вход подают сигналы меандра с периодом Т₀ и длительностью каждого из импульсов Т₀/2, используемые при этом меандровые сигналы являются инвертированными для синфазного подпотока и прямой копией для квадратурной составляющей, после чего полученные сигналы суммируют, и в результате этого восстанавливают логическую последовательность трехосновных символов «+2», «0» и «-2» в том виде, в котором она была сформирована на передающей стороне, которую затем суммируют с инвертированной копией меандрового сигнала с периодом Т₀ и длительностью каждого из импульсов Т₀/2 для последующего перехода к ШИМ₃ трехосновного логического помехоустойчивого кода с символами «Т₀», «1,5Т₀» и «2Т₀», осуществляют контроль достоверности приема на основе критерия четности символов «1,5Т₀», заключенных между соседними символами «2Т₀», при положительном результате контроля целостности и достоверности полученной информации осуществляют декодирование трехосновного кода с символами «Т₀», «1,5Т₀» и «2Т₀» в исходный двоичный код на основе следующих соответствий: «Т₀»↔<11,00>₂, «1,5Т₀»↔<10,001>₂ и «2Т₀»↔<101>₂ и установленного правила рекуррентной взаимосвязи, при которой последний двоичный символ «1» или «0» предыдущей расшифровки троичного кода становится первым символом «1» или «0» расшифровки последующего символа троичного кода «Т₀», «1,5Т₀» и «2Т₀», при восстановлении эти повторяющиеся символы объединяют, в результате чего восстанавливают исходную последовательность бит передаваемой информации.

Потребности существующей практики передачи информации с учетом новых экономических условий требуют, чтобы, с одной стороны, все новые информационные технологии быстро внедрялись, чему зачастую мешают реализованные в существующей практике базовые технические решения, и в то же время сама модернизация существующих систем и комплексов должна быть минимальной по затратам. В условиях подобных противоречий особую значимость приобретают те технические решения, которые предполагают внесение минимума коррекций на аппаратурном уровне в уже существующие системы и телеметрические комплексы. Как правило, традиционные способы не могут быть использованы для разрешения подобных противоречий, поэтому особая актуальность ощущается в поиске различных нетрадиционных резервов. Их основу составляет установление новых соотношений, как логических, так и аналитических, в том числе и между новыми видами модуляции, которые появляются при переходе от двоичного кода к более экономному логическому троичному коду, составляющему основу изобретения-прототипа ([2]).

Изобретение способствует развитию теории и более широкому распространению программы «Цифровой экономики России», обеспечению комплексной защиты информации от помех, несанкционированного доступа и информационно-технических воздействий.

Использованные источники информации

1. Способ передачи информации и устройство для его осуществления, патент RU №2475861 С1, опубл. 25.04.2013, бюл. №21.

2. Способ передачи информации и система для его осуществления, патент RU №2581774 С2, опубл. 20.04.16 г., бюл. №11.

3. Способы передачи информации и системы для их осуществления, патенты RU №2434301, №2434302, №2434303, №2434304, №2444066, №2445709, №2447492, №2457543, №2586605, №2586833, №2609747.

4. Способ экономного представления и передачи биполярных данных и сигналов, патент RU №2649291.

5. Способ первичной обработки информации с обнаружением и исправлением ошибок передачи, патент RU №2658795, опубл. 22.06.2018 г., бюл. №18.

6. Феер К. Беспроводная цифровая связь. Методы модуляции и расширения спектра (Wireless Digital Communications: Modulation and Spread Spectrum Applications). - M.: Радио и связь, 2000. - 552 с. - ISBN 5-256-01444-7.

7. Способ передачи информации с использованием замещающего логического троичного помехоустойчивого кода (заявка на изобретение №2019226490/08(051949) от 22.08.2019 г.).

8. М.С. Ярлыков «Меандровые шумоподобные сигналы (ВОС-сигналы)» и их разновидности в спутниковых радионавигационных системам, М.: Радиотехника, 2017. - 416 с.

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в повышении помехозащищенности передачи данных. Способ передачи информации с использованием замещающего логического троичного помехоустойчивого кода содержит этапы, на которых поток цифровых данных перекодируют в троичный код с символами, которые представляют в виде широтно-импульсной модуляции (ШИМ₃); сформированный сигнал ШИМ₃ суммируют с меандровой импульсной последовательностью, с амплитудой, принимающей значения «+1» и «-1», и в результате чего получают биполярную импульсную последовательность; сформированную импульсную последовательность троичного кода разделяют на четные и нечетные символы с образованием полупотоков, при приеме, переход от расширенных при квадратурной модуляции символов синфазной и квадратурной составляющей к ускоренному их представлению, получают с использованием логического элемента «запрет», на запрещающий вход которого подают меандровый сигнал; полупотоки объединяют, сформированный исходный поток суммируют с инвертированным меандром, в результате чего восстанавливают импульсы ШИМ₃ исходного кода, после чего осуществляют обратное перекодирование из троичного кода в двоичный. 8 ил.

Способ передачи информации с использованием замещающего логического троичного помехоустойчивого кода, заключающийся в сборе сигналов от источников сообщений, синхронизации их по времени, формировании уплотненного цифрового группового сигнала из синхронизированных собранных сигналов, формировании сигнала несущей частоты, модуляции сигнала несущей частоты уплотненным цифровым групповым сигналом на основе сформированного видеокода и в последующей передаче промодулированного сигнала по каналу связи, отличающийся тем, что на передающей стороне цифровые сообщения источников информации, представленные N-разрядным позиционным двоичным кодом, подвергают структурно-алгоритмическим преобразованиям, осуществляемым в следующей последовательности: вначале дополнительное экономное кодирование, использующее для повышения помехоустойчивости естественную избыточность передаваемой информации, за которым следует рандомизатор символов двоичного кода, назначение которого состоит в выравнивании вероятностей появления символов «1» и «0» на его выходе для приближения к значению, равному 0,5, после чего формируют уплотненный цифровой групповой сигнал и кодируют его помехоустойчивым кодом с введением избыточных проверочных символов, полученные результаты преобразований цифрового группового сигнала, представленные двоичным кодом с символами «1» и «0», преобразуют в замещающий логический помехоустойчивый код с символами S₀» и «Т₀», «S₁» и «T₁», «S₂» и «Т₂», при этом двоичным комбинациям («00» и «11») исходной последовательности двоичных символов ставят в соответствие одновременно формируемые символы троичного кода «S₀» и «Т₀», кодовые комбинации исходного двоичного кода группового сигнала («001» и «10») заменяют на формируемые символы троичного кода «S₁» и «T₁», а оставшимся в исходной последовательности двоичного кода группового сигнала кодовым комбинациям вида «101» одновременно ставят в однозначное соответствие символы троичного кода «S₂» и «Т₂», после чего первую модулирующую составляющую преобразованного первого трехосновного видеосигнала, содержащую символы «S₀», «S₁» и «S₂», представляют в виде амплитудно-импульсной модуляции, а вторую модулирующую составляющую видеосигнала с символами трехосновного кода «Т₀», «T₁=1,5Т₀» и «Т₂=2Т₀», где Т₀ - продолжительность одного символа исходного двоичного кода «1» и «0», используют для биполярной широтно-импульсной модуляции, представляющей собой второй видеосигнал, импульсы которого с тремя разрешенными значениями: Т₀, 1,5Т₀ и 2Т₀ принимают значения амплитуд и затем их суммируют с сигналами тактовой синхронизации, представляющими собой биполярный меандр с периодом его повторения Т₀ и длительностью каждого из импульсов Т₀/2 и значениями амплитуд «+1» и «-1», в результате чего получают замещающий трехосновный код, представленный последовательностью символов «+2», «0» и «-2», каждый из которых имеет длительность биполярных импульсов, равную Т₀/2, в результате чего в новой логической последовательности сохраняют представление об исходной биполярной широтно-импульсной модуляции, но на основе символов одной и той же длительности Т₀/2, вместо Т₀, 1,5Т₀ и 2Т₀, после чего сформированную логическую последовательность трехосновных символов «+2», «0» и «-2» разделяют на синфазные и квадратурные подпотоки, первый из них представляют нечетными по счету символами, а второй - четными счетными символами троичного кода, затем длительность каждого символа в подпотоках при последующей квадратурной модуляции несущей расширяют в два раза, при этом в синфазном и квадратурном подпотоках передаваемых данных изменение полярности расширенных импульсов представляют манипулированием фазы несущей частоты на 0° и 180°, соответствующей закону косинуса для синфазной составляющей, и изменением фазы несущей частоты на 0° и 180°, соответствующей закону синуса для квадратурной составляющей на приемной стороне, каждый из принятых расширенных вдвое в результате квадратурной модуляции символов двоичного кода, принадлежащих синфазному и квадратурному потокам символов троичного кода, воспринимаемых как обычные импульсные символьные одной и той же длительности, приводят к их исходному предмодулированному виду с использованием логического элемента «Запрет», для чего на его запрещающий вход подают сигналы меандра с периодом Т₀ и длительностью каждого из импульсов Т₀/2, используемые при этом меандровые сигналы являются инвертированными для синфазного подпотока и прямой копией для квадратурной составляющей, после чего полученные сигналы суммируют, и в результате этого восстанавливают логическую последовательность трехосновных символов «+2», «0» и «-2» в том виде, в котором она была сформирована на передающей стороне, которую затем суммируют с инвертированной копией меандрового сигнала с периодом Т₀ и длительностью каждого из импульсов Т₀/2 для последующего перехода к широтно-модулированным импульсам трехосновного логического помехоустойчивого кода с символами «Т₀», «1,5Т₀» и «2Т₀», осуществляют контроль достоверности приема на основе критерия четности символов «1,5Т₀», заключенных между соседними символами «2Т₀», при положительном результате контроля целостности и достоверности полученной информации осуществляют декодирование трехосновного кода с символами «Т₀», «1,5Т₀» и «2Т₀» в исходный двоичный код на основе следующих соответствий: «Т₀»↔<11,00>₂, «1,5Т₀»↔<10,001>₂ и «2Т₀»↔<101>₂ и установленного правила рекуррентной взаимосвязи, при которой последний двоичный символ «1» или «0» предыдущей расшифровки троичного кода становится первым символом «1» или «0» расшифровки последующего символа троичного кода «Т₀», «1,5Т₀» и «2Т₀», при восстановлении эти повторяющиеся символы объединяют, в результате чего восстанавливают исходную последовательность бит передаваемой информации.