Способ дискретной передачи информации Российский патент 2024 года по МПК H03M7/00 G08C19/28 

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

Известен способ дискретной передачи информации, заключающийся в том, что на передающей стороне формируют первичный сигнал, шкала значений которого в раз превышает максимально допустимое значение ε_мак с погрешности, формируют последовательность выборок первичного сигнала путем его дискретизации с выбранной частотой опроса, передают сформированную последовательность выборок по каналу связи на приемную сторону, на приемной стороне принимают полученную последовательность выборок, восстанавливают первичный сигнал путем фильтрации последовательности выборок первичного сигнала [1].

Известный способ дискретной передачи информации предусматривает выполнение следующих операций:

формирование на передающей стороне первичного сигнала шкала значений которого в раз превышает максимально допустимое значение погрешности;

формирование на передающей стороне последовательности выборок первичного сигнала путем его дискретизации с выбранной частотой опроса;

передачу сформированной последовательности выборок по каналу связи на приемную сторону;

прием на приемной стороне полученной последовательности выборок первичного сигнала;

восстановление на приемной стороне первичного сигнала путем фильтрации полученной последовательности выборок первичного сигнала с помощью фильтра нижних частот с частотой среза равной половине частоты опроса.

Динамический диапазон значений передаваемых по каналу связи выборок первичного сигнала согласно известному способу дискретной передачи информации составляет величину Количество информации на одну передаваемую по каналу связи выборку при этом равно бит.

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

Условием обеспечения требуемой верности передачи по каналу связи выборок первичного сигнала является условие В случаях, когда это условие не выполняется, значение погрешности значений принимаемых выборок превышает максимально допустимое значениепогрешности. Поэтому недостатком известного способа дискретной передачи информации является недостаточная точность передачи информации.

Наиболее близким к предлагаемому является известный способ дискретной передачи информации, заключающийся в том, что на передающей стороне формируют первичный сигнал, шкала значений которого в раз превышает максимально допустимое значение погрешности, формируют последовательность выборок первичного сигнала путем его дискретизации с выбранной частотой опроса, формируют последовательность передаваемых выборок путем преобразования последовательности выборок первичного сигнала, для чего значение каждой выборки первичного сигнала преобразуют в приращение значения каждой выборки первичного сигнала путем вычитания из значения каждой выборки первичного сигнала значения предшествующей выборки первичного сигнала, передают сформированную последовательность выборок по каналу связи на приемную сторону, на приемной стороне принимают полученную последовательность выборок, формируют восстановленную последовательность выборок первичного сигнала путем преобразования принятой последовательности выборок, для чего значение каждой восстановленной выборки первичного сигнала определяют путем суммирования значения предшествующей восстановленной выборки первичного сигнала и соответствующего значения принятой выборки, т.е. соответствующего приращения значения каждой выборки первичного сигнала, восстанавливают первичный сигнал путем фильтрации последовательности выборок первичного сигнала [2].

Известный способ дискретной передачи информации предусматривает выполнение следующих операций:

формирование на передающей стороне первичного сигнала шкала значений которого в раз превышает максимально допустимое значение погрешности;

формирование на передающей стороне последовательности выборок первичного сигнала путем его дискретизации с выбранной частотой опроса;

формирование на передающей стороне последовательности передаваемых выборок путем преобразования последовательности выборок первичного сигнала, для чего значение каждой выборки первичного сигнала преобразуют в приращение значения каждой выборки первичного сигнала путем вычитания из него значения предшествующей выборки первичного сигнала;

передачу сформированной последовательности передаваемых выборок по каналу связи на приемную сторону;

прием на приемной стороне полученной последовательности выборок первичного сигнала;

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

восстановление на приемной стороне первичного сигнала путем фильтрации полученной последовательности восстановленных выборок первичного сигнала с помощью фильтра нижних частот с частотой среза равной половине частоты опроса.

Известный способ дискретной передачи информации обеспечивает сокращение избыточности передаваемой информации за счет использования разностного представления передаваемых выборок. Однако, при этом значение погрешности значений принимаемых разностных выборок в среднем также определяется стандартным отклонением нормального белого шума n(t). Поэтому недостатком известного способа дискретной передачи информации также является недостаточная точность передачи информации.

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

Для достижения указанного технического результата в способ дискретной передачи информации, заключающийся в том, что на передающей стороне формируют первичный сигнал, шкала значений которого в раз превышает максимально допустимое значение погрешности, формируют последовательность выборок первичного сигнала путем его дискретизации с выбранной частотой опроса, формируют передаваемые выборки путем преобразования выборок первичного сигнала, передают сформированные выборки по каналу связи на приемную сторону, на приемной стороне принимают полученные выборки, формируют восстановленную последовательность выборок первичного сигнала путем преобразования принятых выборок, восстанавливают первичный сигнал путем фильтрации последовательности выборок первичного сигнала, введены новые операции, а именно: на передающей стороне преобразование выборок первичного сигнала в передаваемые выборки осуществляют следующим образом:

формируют первую последовательность преобразованных выборок путем преобразования значений выборок первичного сигнала по модулю

формируют первую последовательность передаваемых выборок путем усиления в раз значений преобразованных выборок и суммирования значений усиленных преобразованных выборок с постоянным сигналом, значение которого в раз превышает максимально допустимое значение погрешности;

формируют вторую последовательность преобразованных выборок путем преобразования значений выборок первичного сигнала по модулю

формируют последовательность разностных выборок путем вычитания из значений преобразованных выборок первой преобразованной последовательности соответствующих значений преобразованных выборок второй преобразованной последовательности;

формируют вторую последовательность передаваемых выборок путем усиления в раз значений разностных выборок и суммирования значений усиленных разностных выборок с постоянным сигналом, значение которого в раз превышает максимально допустимое значение погрешности;

на приемной стороне преобразование последовательности принятых выборок в восстановленную последовательность выборок первичного сигнала осуществляют следующим образом:

ослабляют в раз значение каждой выборки принятой первой последовательности выборок;

производят квантование значений ослабленных выборок первой принятой последовательности выборок, при этом уровней квантования равномерно распределены в пределах уменьшенной в раз шкалы значений первичного сигнала;

ослабляют в раз значение каждой выборки принятой второй последовательности выборок;

производят квантование значений ослабленных выборок второй принятой последовательности выборок, при этом положительных уровней квантования равномерно распределены в пределах уменьшенной в раз шкалы значений первичного сигнала, кроме того абсолютные значения отрицательных уровней квантования также равномерно распределены в пределах уменьшенной в раз шкалы значений первичного сигнала;

определяют четность или нечетность каждой квантованной выборки второй последовательности квантованных выборок, например, путем нахождения остатка от деления значения этой выборки на два;

формируют восстановленную последовательность восстановленных выборок первичного сигнала путем преобразования значений первой и второй последовательностей квантованных выборок следующим образом:

если значение квантованной выборки второй последовательности квантованных выборок больше нуля, то значение восстановленной выборки первичного сигнала принимают равным сумме половины усиленного в раз значения этой квантованной выборки второй последовательности квантованных выборок и значения соответствующей квантованной выборки первой последовательности квантованных выборок;

если значение квантованной выборки второй последовательности квантованных выборок меньше нуля и значение этой выборки четное (значение остатка от деления значения этой выборки на два равно нулю), то значение восстановленной выборки первичного сигнала принимают равным сумме усиленного в раз значения суммы значения и половины значения соответствующей квантованной выборки второй последовательности квантованных выборок и значения соответствующей квантованной выборки первой последовательности квантованных выборок;

если значение квантованной выборки второй последовательности квантованных выборок меньше нуля и значение этой выборки нечетное (значение остатка от деления значения этой выборки на два не равно нулю), то значение восстановленной выборки первичного сигнала принимают равным сумме усиленного в раз значения половины суммы значения и значения соответствующей квантованной выборки второй последовательности квантованных выборок и значения соответствующей квантованной выборки первой последовательности квантованных выборок.

Предлагаемый способ дискретной передачи информации предполагает передачу по каналу связи двух последовательностей выборок с динамическими диапазонами значений этих выборок соответственно, причем перед передачей по каналу связи значения разностных выборок усиливают соответственно в и раз. Это позволяет в среднем в соответствующее число раз после соответствующей обработки уменьшить значение е погрешности значений принятых выборок, что и обеспечивает положительный технический результат - повышение точности передачи информации при фиксированных значениях динамического диапазона значений выборок первичного сигнала и стандартного отклонения нормального белого шума n(t) в канале связи.

На фиг. 1 представлена структурная схема системы дискретной передачи информации, реализующей предлагаемый способ, в табл. 1 представлены значения сигналов в сечениях данной схемы в разные моменты опроса при допустимом значении погрешности и шкале значений первичного сигнала для частного случая n=4.

Система дискретной передачи информации на передающей стороне содержит последовательно соединенные источник 1 информации, дискретизатор 2, формирователи 3 и 4 первой и второй последовательностей передаваемых выборок, информационные входы которых соединены с выходом дискретизатора 2, опорные входы подключены к соответствующим выходам первого формирователя 5 пороговых уровней, а выходы соединены соответственно с первым и вторым входами канала 6 связи.

Система дискретной передачи информации на приемной стороне содержит первый и второй преобразователей 7 и 8 значений принятых выборок, пороговые входы которых подключены к соответствующим выходам второго формирователя 9 пороговых уровней, информационные входы соединены соответственно с первым и вторым выходами канала 6 связи, а выходы подключены соответственно к первому и второму входам преобразователя 10 значений квантованных выборок, опорные входы которого соединены с соответствующими выходами второго формирователя 9 пороговых уровней, а выход подключен через фильтр 11 нижних частот к входу получателя 12 информации.

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

На передающей стороне с помощью источника 1 информации формируют первичный сигнал шкала значений которого в раз превышает максимально допустимое значение ε_макс погрешности.

Сформированный первичный сигнал подают на вход дискретизатора 2, на выходе которого формируют последовательность выборок первичного сигнала путем его дискретизации с выбранной частотой опроса (значения первичного сигнала в различные моменты опроса (j=1, …, 25) приведены в столбце 2 табл. 1).

Затем формируют передаваемые выборки путем преобразования выборок первичного сигнала. Преобразование последовательности выборок первичного сигнала в передаваемые выборки осуществляют посредством формирователей 3 и 4 первой и второй последовательностей передаваемых выборок. Для этого сформированную последовательность выборок первичного сигнала с выхода дискретизатора 2 подают на информационные входы формирователей 3 и 4 первой и второй последовательностей передаваемых выборок.

На первой группе выходов первого формирователя 5 пороговых уровней формируют пороговых уровней, значения [i=0, 2ⁿ], которых равномерно распределены в пределах шкалы значений первичного сигнала. Указанные пороговые уровни подают с первой группы выходов первого формирователя 5 пороговых уровней на опорные входы формирователя 3 первой последовательности передаваемых выборок.

С помощью формирователя 3 первой последовательности передаваемых выборок формируют первую последовательность передаваемых выборок путем преобразования значений выборок первичного сигнала по модулю (значения соответствующих преобразованных выборок первой преобразованной последовательности в различные моменты опроса приведены в столбце 3 табл. 1), усиления их в раз и суммирования с постоянным сигналом, значение которого в раз превышает максимально допустимое значение погрешности.

В результате на выходе формирователя 3 первой последовательности передаваемых выборок формируют первую последовательность передаваемых выборок (столбец 6 табл. 1), которую подают на первый вход канала 6 связи.

На второй группе выходов первого формирователя 5 пороговых уровней формируют пороговых уровней, значения которых равномерно распределены в пределах шкалы значений первичного сигнала. Указанные пороговые уровни подают с второй группы выходов первого формирователя 5 пороговых уровней на опорные входы формирователя 4 второй последовательностей передаваемых выборок.

С помощью формирователя 4 второй последовательностей передаваемых выборок формируют вторую последовательность передаваемых выборок путем преобразования значений выборок первичного сигнала по модулю (значения соответствующих преобразованных выборок второй преобразованной последовательности в различные моменты опроса приведены в столбце 4 табл. 1), формирования последовательности разностных выборок путем вычитания из значений преобразованных выборок первой преобразованной последовательности соответствующих значений преобразованных выборок второй преобразованной последовательности (значения соответствующих разностных выборок в различные моменты опроса приведены в столбце 5 табл. 1), усиления в раз значений разностных выборок и суммирования их с постоянным сигналом, значение которого в раз превышает максимально допустимое значение погрешности.

В результате на выходе помощью формирователя 4 второй последовательностей передаваемых выборок формируют вторую последовательность передаваемых выборок (столбец 7 табл. 1), которую подают на второй вход канала 6 связи.

Сформированные с помощью формирователей 3 и 4 первой и второй последовательностей передаваемых выборок первую и вторую последовательности и передаваемых выборок передают по каналу 6 связи на приемную сторону. В процессе передачи к указанным последовательностям выборок добавляются соответственно нормальные белые шумы и Значения и этих шумов при нулевом математическом ожидании и стандартном отклонении в различные моменты опроса приведены соответственно в столбцах 8 и 9 табл. 1.

На приемной стороне принимают полученные первую и вторую последовательности выборок (значения и выборок принятых первой и второй последовательностей выборок в различные моменты опроса приведены в столбцах 10 и 11 табл. 1), после чего восстанавливают последовательность выборок первичного сигнала путем преобразования принятых из канала 6 связи последовательностей выборок и Для этого выполняют следующие операции.

Полученные последовательности выборок и подают с первого и второго выходов канала 6 связи на информационные входы соответственно первого и второго преобразователей 7 и 8 значений принятых выборок.

С помощью первого преобразователя 7 значений принятых выборок ослабляют в раз значение каждой выборки принятой первой последовательности выборок и производят квантование значений ослабленных выборок первой принятой последовательности выборок.

Для этого на пороговые входы первого преобразователя 7 значений принятых выборок с соответствующих выходов первой группы выходов второго формирователя 9 пороговых уровней подают пороговых уровней, значения которых равномерно распределены в пределах уменьшенной в раз шкалы значений первичного сигнала.

При этом значение каждой квантованной выборки (столбец 12 табл. 1) первой последовательности квантованных выборок принимают равным значению максимального из превышенных пороговых уровней.

Кроме того, на пороговые входы второго преобразователя 8 значений принятых выборок с соответствующих выходов второй группы выходов второго формирователя 9 пороговых уровней подают положительных пороговых уровней, значения которых равномерно распределены в пределах уменьшенной в раз шкалы значений первичного сигнала, а также отрицательных пороговых уровней с отрицательными значениями абсолютные значения которых также равномерно распределены в пределах уменьшенной в раз шкалы значений первичного сигнала.

При этом значение каждой квантованной выборки (столбец 13 табл. 1) второй последовательности квантованных выборок принимают равным значению или значению максимального из превышенных положительных или отрицательных пороговых уровней.

Первую и вторую последовательности и квантованных выборок подают с выходов первого и второго преобразователей 7 и 8 значений принятых выборок соответственно на первый и второй входы преобразователя 10 значений квантованных выборок, с помощью которого формируют восстановленную последовательность выборок первичного сигнала.

Для этого вначале определяют четность или нечетность каждой квантованной выборки второй последовательности квантованных выборок путем нахождения остатка от деления значения этой выборки на два (значения остатков приведены в столбце 14 табл. 1).

После этого формируют восстановленную последовательность восстановленных выборок первичного сигнала путем преобразования значений первой и второй последовательностей и квантованных выборок следующим образом:

если значение квантованной выборки второй последовательности квантованных выборок больше нуля, то значение восстановленной выборки первичного сигнала принимают равным сумме половины усиленного в раз значения этой квантованной выборки второй последовательности квантованных выборок и значения соответствующей квантованной выборки первой последовательности квантованных выборок;

если значение квантованной выборки второй последовательности квантованных выборок меньше нуля и значение остатка от деления значения этой выборки на два равно нулю, то значение восстановленной выборки первичного сигнала принимают равным сумме усиленного в раз значения суммы значения и половины значения соответствующей квантованной выборки второй последовательности квантованных выборок и значения соответствующей квантованной выборки первой последовательности квантованных выборок;

если значение квантованной выборки второй последовательности квантованных выборок меньше нуля и значение остатка от деления значения этой выборки на два не равно нулю, то значение восстановленной выборки первичного сигнала принимают равным сумме усиленного в раз значения половины суммы значения и значения соответствующей квантованной выборки второй последовательности квантованных выборок и значения соответствующей квантованной выборки первой последовательности квантованных выборок.

В результате на выходе преобразователя 10 значений квантованных выборок получают восстановленную последовательность восстановленных выборок (столбец 15 табл. 1) первичного сигнала, имеющих значения

Восстановленную последовательность восстановленных выборок первичного сигнала подают с выхода преобразователя 10 значений квантованных выборок на вход фильтра 11 нижних частот с частотой среза, равной половине частоты F_o опроса. С помощью фильтра 11 нижних частот восстанавливают первичный сигнал путем фильтрации восстановленной последовательности выборок первичного сигнала.

Восстановленный первичный сигнал с выхода фильтра 11 нижних частот подают на вход получателя 12 информации.

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 значений выборок первичного сигнала и стандартного отклонения 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 (n=4) нормальные белые шумы и в канале связи характеризуются нулевым математическим ожиданием и стандартным отклонением Значения и этих шумов (см. столбцы 8 и 9 табл. 1) в различные моменты времени в несколько раз превышают допустимое значение погрешности . При этом значения восстановленных выборок (столбец 15 табл. 1) первичного сигнала на приемной стороне совпадают с соответствующими значениями 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 значений выборок первичного сигнала и стандартного отклонения 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. Технический результат заключается в повышении точности передачи информации. На передающей стороне формируют первичный сигнал, с помощью дискретизатора формируют последовательность выборок первичного сигнала, с помощью первого формирователя пороговых уровней формируют (2ⁿ+1), (2ⁿ-1), 2ⁿ и (2ⁿ-1)/2 пороговых уровней, значения которых равномерно распределены в пределах шкалы значений первичного сигнала, и подают их на опорные входы формирователей первой и второй последовательностей передаваемых выборок, с помощью которых преобразуют последовательность выборок первичного сигнала в две последовательности передаваемых выборок, которые передают по каналу связи на приемную сторону. На приемной стороне принимают полученные последовательности выборок, с помощью второго формирователя пороговых уровней формируют 2ⁿ положительных и 2ⁿ отрицательных пороговых уровней, абсолютные значения которых равномерно распределены в пределах шкалы значений первичного сигнала, с помощью первого и второго преобразователей и значений принятых выборок ослабляют значение каждой выборки двух принятых последовательностей выборок, производят квантование значений всех ослабленных выборок и с помощью преобразователя значений квантованных выборок формируют последовательность восстановленных выборок первичного сигнала путем преобразования значений первой и второй последовательностей квантованных ослабленных выборок, затем восстанавливают первичный сигнал с помощью фильтра нижних частот и подают его на вход получателя 12 информации. 1 ил.

Способ дискретной передачи информации, заключающийся в том, что на передающей стороне формируют первичный сигнал, шкала значений которого в 2²ⁿ раз превышает максимально допустимое значение погрешности, формируют последовательность выборок первичного сигнала путем его дискретизации с выбранной частотой опроса, формируют передаваемые выборки путем преобразования выборок первичного сигнала, передают сформированные выборки по каналу связи на приемную сторону, на приемной стороне принимают полученные выборки, формируют восстановленную последовательность выборок первичного сигнала путем преобразования принятых выборок, восстанавливают первичный сигнал путем фильтрации последовательности выборок первичного сигнала, отличающийся тем, что на передающей стороне преобразование последовательности выборок первичного сигнала в передаваемые выборки осуществляют следующим образом: формируют первую последовательность преобразованных выборок путем преобразования значений выборок первичного сигнала по модулю (2ⁿ-1), формируют первую последовательность передаваемых выборок путем усиления в (2ⁿ+1) раз значений преобразованных выборок и суммирования значений усиленных преобразованных выборок с постоянным сигналом, значение которого в (2ⁿ-1)/2 раз превышает максимально допустимое значение погрешности, формируют вторую последовательность преобразованных выборок путем преобразования значений выборок первичного сигнала по модулю (2ⁿ+1), формируют последовательность разностных выборок путем вычитания из значений преобразованных выборок первой преобразованной последовательности соответствующих значений преобразованных выборок второй преобразованной последовательности, формируют вторую последовательность передаваемых выборок путем усиления в 2ⁿ раз значений разностных выборок и суммирования значений усиленных разностных выборок с постоянным сигналом, значение которого в 2^n-1 раз превышает максимально допустимое значение погрешности, на приемной стороне преобразование последовательности принятых выборок в восстановленную последовательность выборок первичного сигнала осуществляют следующим образом: ослабляют в (2ⁿ+1) раз значение каждой выборки принятой первой последовательности выборок, производят квантование значений ослабленных выборок первой принятой последовательности выборок, при этом 2ⁿ уровней квантования равномерно распределены в пределах уменьшенной в (2ⁿ+1) раз шкалы значений первичного сигнала, ослабляют в 2ⁿ раз значение каждой выборки принятой второй последовательности выборок, производят квантование значений ослабленных выборок второй принятой последовательности выборок, при этом 2ⁿ положительных уровней квантования равномерно распределены в пределах уменьшенной в 2ⁿ раз шкалы значений первичного сигнала, кроме того абсолютные значения 2ⁿ отрицательных уровней квантования также равномерно распределены в пределах уменьшенной в 2ⁿ раз шкалы значений первичного сигнала, определяют четность или нечетность каждой квантованной выборки второй последовательности квантованных выборок, например, путем нахождения остатка от деления значения этой выборки на два; формируют последовательность восстановленных выборок первичного сигнала путем преобразования значений первой и второй последовательностей квантованных ослабленных выборок следующим образом: если значение квантованной ослабленной выборки второй последовательности квантованных ослабленных выборок больше нуля, то значение восстановленной выборки первичного сигнала принимают равным сумме половины усиленного в (2ⁿ-1) раз значения этой квантованной ослабленной выборки второй последовательности квантованных выборок и значения соответствующей квантованной ослабленной выборки первой последовательности квантованных ослабленных выборок, если значение квантованной ослабленной выборки второй последовательности квантованных ослабленных выборок меньше нуля и значение этой выборки четное, то значение восстановленной выборки первичного сигнала принимают равным сумме усиленного в (2ⁿ-1) раз значения суммы значения (2ⁿ+1) и половины значения соответствующей квантованной ослабленной выборки второй последовательности квантованных ослабленных выборок и значения соответствующей квантованной ослабленной выборки первой последовательности квантованных ослабленных выборок, если значение квантованной ослабленной выборки второй последовательности квантованных ослабленных выборок меньше нуля и значение этой выборки нечетное, то значение восстановленной выборки первичного сигнала принимают равным сумме усиленного в (2ⁿ-1) раз значения половины суммы значения (2ⁿ+1) и значения соответствующей квантованной ослабленной выборки второй последовательности квантованных ослабленных выборок и значения соответствующей квантованной ослабленной выборки первой последовательности квантованных выборок.