СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПЬЮТЕРНЫХ КОДОВ Российский патент 2024 года по МПК G08C19/28 

Изобретение относится к инфокоммуникационной технике и может быть использовано в системах передачи данных по каналам связи с помехами, использующих в качестве первичной системы кодирования коды компьютерных средств. Среди них наибольшее распространение получили коды системы Windows-1251 (ASCII), отличающиеся однобайтовым набором, при котором каждый из передаваемых символов, представляет число от 0 до 255 при десятичном его представлении.

Его использование позволяет повысить показатели достоверности передачи радиограмм в условиях помех без введения структурной избыточности в передаваемые сообщения.

Существует «Способ компьютерного кодирования передаваемой информации» (Рихтер Дж. «Windows для профессионалов: Программирование для Windows 95 и Windows NT 4 на базе Win32 API»/Пер. с англ. - М: Издательский отдел «Русская Редакция» ТОО «Channel Trading Ltd», 1997. 712 с. [1]). Изложен в 17 главе на С. 581-583. Вначале он был однобайтовым (Windows-1251 (ASCII), где были представлены 8-мью разрядами двоичного кода символы латинского (английского), русского (кириллица) языков, а также все знаки препинания, цифры и арифметические операции. Но этого оказалось недостаточно для общения в мировом масштабе. Поэтому перешли к двухбайтовому представлению символов, закодированных двоичным кодом. Благодаря двухбайтовому кодирования передаваемых символов текста появилась возможность передачи 65356 символов. Это позволило определить кодовые позиции (code points) для арабского, китайского, греческого, еврейского и латинского алфавитов, японской каны, корейского хангыль и некоторых других алфавитов. Кроме того, в набор символов включено большое количество знаков препинания, математических и технических символов, стрелок, диакритических и других знаков. Все они занимают около 34000 кодовых позиций из 65536 возможных. Остались не использующимися более 31000 кодовых позиций. При этом около 6000 позиций оставлено специально для программистов.

При этом в два раза увеличен объем передаваемых бит и, если нет проблем с организацией высокоскоростных каналов передачи данных в условиях помех естественного и искусственного происхождения, то такое расширение кодов следует оценивать положительно. Однако есть радиоканалы, используемые для передачи радиограмм, с ограниченной пропускной способностью, подверженные мощным электромагнитным помехам. Тогда такое расширение неизбежно приведет к ухудшению показателей эффективности передачи сообщений.

Известен «Способ передачи радиограмм» [2], при котором на передающей стороне источником передаваемой информации являются компьютеры, формирующие сообщения с использованием стандартных байтовых (восьмиразрядных) кодовых слов, при этом сформированные сообщения подвергают помехоустойчивому кодированию с использованием современных методов модуляции сигналов, а при приеме осуществляют операции в обратном порядке: вначале демодулируют переданные сигналы, превращая их в поток бит, затем, используя сигналы синхронизации, восстанавливают переданные биты и исходные байтовые слова-сообщения, после чего в соответствии с принятой таблицей декодирования осуществляют перевод значений восстановленных кодовых слов в исходную переданную информацию.

Недостаток такого способа передачи заключается в низких показателях достоверности восстановленной при приеме информации в условиях помех, в том числе и специально создаваемых в условиях радиоэлектронного противоборства.

Для устранения этого недостатка используют дополнительное помехоустойчивое кодирование компьютерных кодов, позволяющее за счет введения избыточных символов, получивших название «контрольных сумм», обнаруживать и исправлять ошибки передачи [2]. Такую задачу выполняют такие наиболее часто используемые блочные коды, как коды Рида-Соломона, БЧХ, LDPC, сверточные коды [2].

Однако их использование загружает канал передачи дополнительно введенными проверочными символами, получившими название символов «контрольных сумм». В результате этого, в условиях ограниченной пропускной способности радиоканалов, которая неконтролируемо уменьшается еще и при действии помех, сокращаются возможности для повышения информационной скорости передачи содержательной информации и появляется необходимость в ее повторной передаче по запросам, отправляемым по обратному каналу связи. Кроме того, существующие избыточные помехоустойчивые коды обладают рядом недостатков. Они, загружая канал связи дополнительными избыточными символами, имеют область работоспособности, ограниченную вероятностями искажения бит Р_б: Р_б<10^-2 [2]. При этом эффективность существующего избыточного помехоустойчивого кодирования будет тем выше, чем дальше в сторону уменьшения будут отличаться реальные значения Р_б от порогового значения их работоспособности, равного Р_б=10^-2. Если же реальные значения Р_б станут больше Р_б=10^-2, то применение существующих помехоустойчивых кодов будет только «портить» восстанавливаемую при приеме информацию.

А существующая практика радиосвязи требует, чтобы область работоспособности существующих помехоустойчивых кодов была бы расширена, как минимум, до значения Р_б<10^-1. Классическая теория помехоустойчивого кодирования не дает рекомендаций, как решить эту проблему. Нужны ухищрения в виде нетрадиционных технических решений. Некоторые из них также стали известными, благодаря таким базовым изобретениям, как: [3] «Способ передачи информации и система для его осуществления», патент RU №2586605, приоритет от 22.03.2013 г., [4] «Способ передачи информации», патент RU №2609747, приоритет от 13.08.2017 г. и [5] «Способ передачи информации и система для его осуществления», патент RU №2586833, приоритет 15.08.2015 г. В них для разрешения отмеченного противоречия предлагаются различные проблемно-ориентированные технические решения.

При использовании способов [3-5] возможности дополнительного экономного безызбыточного помехоустойчивого кодирования передаваемой информации обеспечивают на основе формирования внутренней структуры представления данных (S_внутр), которая по разрядности (N=2n) двоичных слов, используемых для передачи информации, совпадает с существующей структурой представления сообщений и пакетов данных.

В способе [3] новые возможности для повышения эффективности передачи информации появляются при синтезе внутренней структуры S_внутр отображения значений данных и сообщений X_i, основу которого составляет когнитивная (знаниепорождающая) математическая модель их представления образами-остатками b_i, i=1, 2,…,k:

Система сравнений (1) представляет собой сжатую математическую форму представления системы уравнений (2):

где X_i - в соответствии с основной теоремой арифметики, представляет собой делимое (в системах связи - это значение передаваемых данных или сообщений); m₁ и m₂ - делители, - неполные частные, а b_i1 и b_i2 - остатки от деления.

«Сжатой» формой представления передаваемых данных или сообщений X_i она является от того, что в системе сравнений (1) отсутствуют неполные частные . В соответствии с теорией конечных полей Э. Галуа ([6], Китайская теорема об остатках, стр. 311, 312), они могут быть восстановлены на приемной стороне при условии, что делители, называемые модулями сравнения m₁ и m₂, являются взаимно-простыми числами: (m₁, m₂)=1. Это означает, что у них общим делителем должна быть только 1. При использовании конструктивной теории передачи информации в системах связи [3] модули сравнения m₁ и ь₂, являются ключами: ими стороны обмениваются до начала сеанса связи. В процессе самой передачи данных или сообщений они не используются. Поэтому сама система представления данных или сообщений образами-остатками b_i1 и b_i2: C_i=<b_i1, b_i2>₂ становится «сжатым» дополнительно закодированным отображением передаваемых значений данных или сообщений X_i. Кроме того, его применение при передаче данных и сообщений, обладающих внутренней избыточностью в виде, например, корреляционной взаимозависимости соседних значений X_i, X_i+1, X_i+2,… X_i+S, сопровождается возможностью обнаружения и исправления ошибок передачи информации. При этом образы-остатки b_i1 и b_i2, для представления которых требуются вдвое меньшие по разрядности (n-разрядные) двоичные кодовые конструкции, образуют внутреннюю структуру данных и сообщений S_внутр.

Внешнюю N-разрядную структуру данных и сообщений S_внешн они приобретают после объединения образов-остатков b_i1 и b_i2 в единое (N=2n) - разрядное двоичное слово C_i=<b_i1, b_i2>₂. Его разрядность совпадает с разрядностью (N=2n) представления значений данных и сообщений при их исходном представлении X_i. Поэтому формируемые кодовые слова C_i с новыми значениями данных и сообщений относят к классу безызбыточных кодов.

В этом заключены сущностные характеристики способа [3]. Однако, обладая многими бесспорными достоинствами, у него есть и отдельные недостатки. Основной среди них заключается в необходимости выбора оптимальных значений модулей сравнения m₁, m₂: m₁=2ⁿ-1 и m₂=2ⁿ+1. В этом случае обеспечивают возможность однозначного представления всех значений X_i(N=2n) - разрядными двоичными кодовыми конструкциями, так как произведение: m₁×m₂=(2ⁿ-1)(2ⁿ+1)=2²ⁿ-1=2^N-1. Но, при сравнении по модулю m₂=2ⁿ+1 среди образов-остатков b_i2 при n-разрядном их представлении два крайних значения будут неразличимы, например, b_i2=<0>₁₀=<0000>₂ и b_i2=<16>₁₀=<0000>₂ при байтовом (N=2n=8) представлении.

При использовании способов [4] и [5] разрядность N (в рассматриваемом случае N=2n=8) исходных двоичных слов X_i, определяющих внешнюю структуру представления данных (S_внеш), всегда точно, без каких-либо исключений, совпадает с разрядностью представления данных C_i. Реализуемые при этом модели безызбыточного помехоустойчивого кодирования [7] с использованием структурно-алгоритмических преобразований первого этапа (САП-1), получивших условные обозначения (САП-1(п)) [4] и (САП-1(у)) [5], являются замещающими по отношению к ранее рассмотренной когнитивной модели (САП-1 (о)) [3], основу которой составляют образы-остатки b_i1 и b_i2: C_i=<b_i1, b_i2>₂.

Алгоритм кодирования исходных данных и сообщений, который используют в способе [4], предполагает представление значений передаваемых данных и сообщений в виде старшего (a_стi) и младшего (а_млi) полуслов (3):

которые затем переставляют местами:

где C_i - результат дополнительного безызбыточного помехоустойчивого кодирования слов-измерений и сообщений X_i.

С точки зрения математического описания способа дополнительного кодирования сообщений X_i [4] младшее полуслово (a_млi) представляет собой остаток (b_3j) (а_млi=b_3i) по модулю m₃, равному значению минимального кодового расстояния в метрике Евклида d_min=m₃=2ⁿ:

где индексы b₃ и m₃, равные i=3, выбраны с учетом предшествующей формулы (2), в которой индекс i=1, соответствует модулю сравнения m₁=2ⁿ-1, а индекс i=2 - модулю сравнения m₂=2ⁿ+1.

Наиболее близким аналогом, который использован в качестве прототипа заявляемого изобретения, является способ [5] со следующей формулой изобретения.

Способ передачи информации, заключающийся в том, что на передающей стороне осуществляют сбор сигналов от источников сообщений, преобразуют их значения X_i в двоичный код, обеспечивают синхронизацию сформированных слов-измерений, представленных 2n-разрядным двоичным кодом, по времени и формируют из них уплотненный цифровой групповой сигнал, подлежащий передаче по каналам связи, отличающийся тем, что на передающей стороне значения каждого из слов-измерений X_i умножают на выбранное оптимальное минимальное кодовое расстояние d_opt=2ⁿ+1, полученный результат сравнивают по модулю Ш=2²ⁿ, формируемые при этом остатки от деления представляют новые информационные слова C_i с той же разрядностью 2n представления двоичным кодом, при этом их, а не исходные слова-измерения X_i расставляют их в уплотненном цифровом групповом телеметрическом сигнале в определенной последовательности по отношению к сигналам синхронизации, в том числе и в той, в которой должны были бы передаваться исходные слова-измерения, сформированный таким образом цифровой уплотненный групповой телеметрический сигнал подвергают последующей модуляции и передаче, а на приемной стороне принимают полученную последовательность переданных символов двоичного кода, формируют восстановленную последовательность информационных слов C_i*=C_i+ε_i, искаженных помехой ε_i, и осуществляют их обработку с целью восстановления первоначальных результатов измерений с исправлением ошибок передачи и оцениванием достоверности полученной информации.

Способ [5], определяющий новый подход, получивший название «безызбыточного помехоустойчивого кодирования» был ориентирован на передачу информации, обладающей большой внутренней информационной избыточностью. Внутренняя избыточность появляется, как следствие применения теоремы В.А. Котельникова о дискретизации аналоговых процессов, составляющей основу перехода от аналогового представления значений сообщений к цифровой их форме. По этой причине цифровое представление данных телеизмерений (ТИ), навигационной и видеоинформации, а также многих других источников сообщений, обладает большой внутренней избыточностью. При этом основное противоречие с классической теорией помехоустойчивого кодирования, предполагающей обязательное введение искусственно формируемой избыточности в виде проверочных символов двоичного кода, становится кажущимся. При предлагаемом безызбыточном помехоустойчивом кодировании дополнительные проверочные символы двоичного кода не вводятся, и вместо «внешней» избыточности используется «внутренняя» избыточность цифровых данных передаваемых сообщений. Таким образом, один вид избыточности передаваемых данных сообщений, называемый «внешним», при использовании изобретений [3-5] заменяют другим - «внутренним».

Следовательно, принципиальных противоречий с классической теорией помехоустойчивого кодирования [2] нет. Другое дело, что использование изобретений [3-5] ограничено возможностью применения по отношению только к источникам информации, обладающей «внутренней» избыточностью. В этом заключается их основной недостаток.

Алгоритм дополнительного кодирования, используемый в изобретении-прототипе [5] и условно обозначаемый, как алгоритм САП-1(у), предполагает получение кодированных значений, которые представляют собой результат умножения каждого из значения сообщений X_i на выбранное минимальное кодовое расстояние d_min^(y), представленное в метрике Евклида, с последующим определением результатов дополнительного кодирования C_i в результате сравнения по модулю Ш=2^N:

В изобретении-прототипе [5] минимальное кодовое расстояние d_min^(y) выбрано при байтовом представлении (N=2n=8) передаваемых сообщений X_i и C_i равным: d_min^(y)=m₂=2ⁿ+1=17. В этом случае появляется дополнительная возможность контроля достоверности получаемой информации, а также обнаружения и исправления ошибок передачи сообщений.

В существующих отечественных радиотелеметрических системах, совершенствованию которых и было посвящено изобретение [5], принято представление данных слов-измерений 10-разрядным натуральным двоичным кодом (N=2n=10). В этом случае шкала однозначного представления данных ТИ равна Ш=2¹⁰=1024 (фиг. 1 и фиг. 2). На фиг. 1(a) и фиг. 2(a) представлены в существующем (традиционном) виде X_i значения телеметрируемых параметров (ТМП) №1 и №2, соответственно, которые были приняты в условиях отсутствия помех. При этом на фиг. 1(б) и фиг. 2(б) значения результатов дополнительного кодирования (C_i) тех же ТМП, полученные в аналогичных условиях приема телеметрической информации (ТМИ). На фиг. 3(a) и фиг. 3(б) представлены результаты приема и восстановления на фоне помех значений ТМП №2 при традиционном способе передачи ТМИ и в случае применения дополнительного помехоустойчивого безызбыточного кодирования с использованием алгоритма (5), соответственно. Из их сравнения можно сделать следующие выводы:

1) при дополнительном кодировании с использованием алгоритма (5) повышена разрешающая способность данных ТИ: на фиг. 3(б) видны шесть последовательно отделившихся от ракеты элементов, которые при использовании традиционного способа передачи ТМИ оказываются ненаблюдаемыми;

2) отсутствуют потери ТМИ, обусловленные эффектом «зашкаливания» значений ТМП (фиг. 1(б), фиг. 2(б), фиг. 3(б));

3) обеспечена возможность обнаружения и исправления ошибок передачи (фиг. 3(в)).

Сущностные характеристики изобретения заключаются в том, чтобы расширить область применения способа-прототипа [5]. Применение изобретений [3-5], как это было отмечено и представлено на фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3, было ограничено свойствами передаваемой информации в виде наличия корреляционной взаимосвязи между соседними передаваемыми значениями сообщений, что сопровождается появлением внутренней избыточности передаваемых данных.

Естественная избыточность цифровых данных является следствием применения теоремы В.А. Котельникова о дискретизации, в соответствии с которой интервалы (ΔТ_опр) между опросами аналогового параметра или сигнала X_i определяют как обратное отношение к значению удвоенного значения спектральной составляющей наибольшей частоты (2F_max)X_i [8]:

Поскольку вероятность появления частотной составляющей F_max на достаточно малом интервале времени Δτ≥3ΔТ_опр незначительна по величине, то выбранное значение интервалов ΔТ_опр для других спектральных составляющих F_i спектра параметра или сигнала оказывается малым, что проявляется в корреляционной взаимосвязи соседних значений данных и сообщений (X_i-1, Xi и X_i+1). При передаче многих других видов информации, например, речевой, акустической, потокового видео или навигационной она также значительна.

Но для этого также необходимо использовать те особенности передаваемой информации, которые не учитываются при использовании классической теории помехоустойчивого кодирования [2].

Для случая, когда условия наличия корреляционной взаимосвязи соседних значений данных и сообщений (X_i-1, Xi и X_i+1) не выполняются, необходим поиск других резервов для повышения эффективности систем связи.

Это может быть ограниченное число кодовых конструкций по отношению к предусмотренному при проектировании их исходному множеству, что и составляет основу предлагаемого в изобретении технического решения.

Суть идеи расширения области применения изобретения - прототипа [5] заключается в следующем.

При использовании для передачи информации кодов системы Windows-1251 предусмотрена возможность представления полного набора: 2^N=256, где N=8 для байтовых слов. В нем представлены все отличающиеся друг от друга 8-миразрядные кодовые конструкции со значениями от <0>₁₀=<00000000>₂ до <255>₁₀=<11111111>₂, в десятичном <>₁₀ и двоичном <>₂ представлениях. Они включают в себя весь набор символов, букв кириллицы и латиницы, специальных знаков, использование которых заложено в системе кодирования Windows-1251. В этом случае минимальное кодовое расстояние между передаваемыми сообщениями равно 1: d_min^(W1)=1. Но при передаче радиограмм, определенных типов текстовой и телеграфной информации, весь этот набор байтовых сообщений, представленных в системе Windows-1251, не используется. Например, при передаче радиограмм, используются только 52 сообщения, одно из которых состоит только из одних двоичных символов «0»: <00000000>₂=<0>₁₀. Но эта специфическая особенность системы передачи информации не используется для повышения эффективности радиосвязи, подверженной помехой, поскольку без дополнительного кодирования, предполагающего использование алгоритма САП-1(у) (5), минимальное кодовое расстояние между передаваемыми сообщениями все равно остается, равным 1: d_min^(W1)=1. Следовательно, в соответствии с правилами теории помехоустойчивого кодирования отсутствуют возможности обнаружения и исправления ошибок передачи [2].

Но, если, все 255 байтовых кодовых конструкций, отличающихся от <0>₁₀=<00000000>₂, поделить на число 5, то получим 51. Следовательно, если выбрать при использовании алгоритма САП-1(у) минимальное кодовое расстояние между передаваемыми сообщениями, равным 5: d_min^(W5)=5, то появляется уточненная система кодирования, суть которой представлена в виде таблицы на фиг 4.

В результате этого появляется ранее не использовавшийся резерв для повышения эффективности передачи текстовой информации и радиограмм. Он заключается в том, что при выборе оптимального минимального кодового расстояния d_min^(y) в способе-прототипе [5] не в полной мере учитываются специфические особенности исходного (первоначального) кодирования, в частности, кодов системы Windows-1251. На устранение этого недостатка и направлено данное изобретение.

Новизна предлагаемого уточненного замещающего кодирования C_i заключается также в том, что не требуется выполнение операции сравнения по модулю Ш=2^N=2⁸=256 (формула 5). Необходимость в ней исключается из-за того, что значения сообщений C_i=5X_i не выходят за пределы шкалы Ш представления данных байтовыми кодовыми конструкциями (Ш в нашем случае равна 2⁸=256).

Таким образом, сущностные характеристики предлагаемого изобретения заключаются в том, чтобы при его использовании увеличивают в 5 раз минимальное Евклидово расстояние на основе дополнительного кодирования C_i-=5X_i (фиг. 4 и фиг. 5).

В результате этого при безызбыточном кодировании радиограмм появилась возможность обнаруживать и исправлять до 2 ошибок в трех младших символах нового кода C_i. Она проиллюстрирована фиг. 5 на примере передачи по каналам с помехами слова «хакер».

На ней под каждой из передаваемых букв приведены их кодовые эквиваленты в виде соответствующих значений сообщений X_i представленных в десятичном исчислении (<>₁₀) (вторая строка таблицы фиг. 5). На третьей и четвертой строке таблицы, приведенной на фиг. 5, представлены результаты их дополнительного кодирования исходных значений сообщений X_i при использовании алгоритма: C_i=5X_i. При этом результаты дополнительного кодирования представлены десятичным <>₁₀ (третья строка) и двоичным <>₂ кодами (четвертая строка). Соответствующие им принятые значения сообщений C_i*=C_i+ε_i искаженных помехой ε_i представлены десятичным <>₁₀ (пятая строка) и двоичным <>₂ кодами (шестая строка). Из их сравнения с переданными значениями (строки третья и четвертая фиг. 5) следует, что были искажены следующие биты байтовых слов:

1) при передаче первого сообщения второй и третий младшие символы переданного байта;

2) при передаче второго сообщения также второй и третий младшие символы переданного байта;

3) при передаче третьего сообщения первый и второй младшие символы переданного байта;

4) при передаче четвертого сообщения второй и третий младшие символы переданного байта;

5) при передаче пятого сообщения также второй и третий младшие символы переданного байта.

В седьмой строке таблицы, приведенной на фиг. 5, в иллюстративной форме представлен алгоритм обнаружения и исправления ошибок. Его суть заключается в том, что ошибки передачи обнаруживают, как результат несоответствия восстановленного в десятичном коде значения C_i*=C_i+ε_i искаженных помехой ε_i разрешенной позиции помехоустойчивого кода C_i^p), которая должна делиться на минимальное кодовое расстояние d_min^(W5)=5 с остатком, равным числу <0>₁₀. Если это правило не выполняется, то тогда определяют ближайшую, относительно восстановленного при приеме значения C_i*, разрешенную позицию безызбыточного помехоустойчивого кода С{^р). Каждая из разрешенных позиций безызбыточного помехоустойчивого кода C_i^(p) удалена в метрике Евклида по отношению к другим на расстояние, кратное значению минимального кодового расстояния d_min^(W5)=5. В результате этого появляется возможность обнаружения и исправления ошибок передачи.

Для принятого первого сообщения-буквы восстановленное при приеме в условиях помех значение C_i* равно: C_i*=203 (фиг. 5). Тогда ближайшее, соответствующее ему в метрике Евклида, значение разрешенной позиции равно C_i^(рб)=205. Оно отличается от восстановленного значения C_i*=203 на минимальное расстояние: δC_i*^(рб)=|C_i*-C_i^(p6)|=2. Другой вариант замены δC_i*^(р)=|C_i*-C_i^(р)|=|203-200|=3: не подходит, так как δC_i*^(р)>SC_i^(рб).

Произведя замену C_i* на C_i^(рб), получим результат, который совпадает с истинным, и, следовательно, появившиеся ошибки в трех младших разрядах кода будут исправлены.

Аналогичным образом, поступают и при обнаружении и исправлении ошибок приема следующих сообщений. Так, для второго сообщения-буквы восстановленное при приеме в условиях помех значение C_i*-102, тогда ближайшее, соответствующее ему в метрике Евклида, значение разрешенной позиции равно C_i^(p6)=100. Произведя замену C_i* на C_i^(рб), получим результат, который совпадает с истинным, и, следовательно, появившиеся ошибки в трех младших разрядах кода будут исправлены.

Проведенный анализ предлагаемого способа и выявленные его отличительные особенности позволяют сформулировать следующую формулу изобретения.

1. Способ передачи информации с использованием компьютерных кодов, состоящий в том, что на передающей стороне осуществляют сбор сигналов от источников сообщений, преобразуют их значения X_i в двоичный код, обеспечивают синхронизацию сформированных слов-сообщений, представленных 2n-разрядным двоичным кодом, по времени и формируют из них уплотненный цифровой групповой сигнал, подлежащий передаче по каналам связи, отличающийся тем, что на передающей стороне значения каждого из слов-сообщений X_i, представленных кодом в системе Windows-1251, умножают на выбранное оптимальное минимальное кодовое расстояние d_min^(W5)=5, полученный при этом результат представляют, как новые информационные слова C_i=5X_i с той же разрядностью 2n представления двоичным кодом, при этом их, а не исходные слова-измерения X_i расставляют их в уплотненном цифровом групповом сигнале в определенной последовательности по отношению к сигналам синхронизации, в том числе и в той, в которой должны были бы передаваться исходные слова-сообщения, сформированный таким образом цифровой уплотненный цифровой групповой сигнал подвергают следующим последовательно выполняемым операциям: скремблирования, перемежения, избыточного блочного и сверточного помехоустойчивого кодирования и шифрования данных, модуляции цифровых групповых сигналов и их передачи по каналам связи, а на приемной стороне для восстановления переданных сообщений C_i*, принятых с ошибками ε_i*, появление которых связано с действием помех в канале связи, выполняют перечисленные операции в обратном порядке: демодуляции, дешифрования, избыточного помехоустойчивого декодирования, деперемежения, дескремблирования и декодирования сформированного безызбыточного кода, в результате чего при декодировании избыточных помехоустойчивых кодов формируют восстановленную последовательность информационных слов-сообщений с уменьшенным после декодирования избыточных помехоустойчивых кодов количеством ошибок , а на следующем этапе декодирования безызбыточных кодов осуществляют обнаружение и исправление оставшихся ошибок передачи в восстановленных дополнительно закодированных словах-сообщениях , после чего в соответствии с принятой таблицей декодирования осуществляют перевод значений восстановленных значений кодовых слов к исходным значениям переданных сообщений , и оценивают показатели достоверности полученной информации.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обнаружение и исправление оставшихся ошибок передачи в восстановленных дополнительно закодированных словах-сообщениях осуществляют на основе критерия их близости по абсолютной величине к разрешенным позициям (C_i^(р)) безызбыточного помехоустойчивого кода , которые при делении на минимальное кодовое расстояние d_min^(W5)=5 дают остатки, равные нулю при отсутствии ошибок передачи, в случае невыполнения этого условия, что свидетельствует о наличии неисправленной ошибки , восстановленные после декодирования избыточных помехоустойчивых кодов, данные заменяют на значение ближайшей разрешенной позиции безызбыточного помехоустойчивого кода C_i^(рб), при котором обеспечивают минимум абсолютной разности между значением восстановленных данных C_i*, и значением ближайшей разрешенной позиции безызбыточного помехоустойчивого кода C_i^(p6): δC_i*^(рб)=|C_i*-C_i^(рб)|→min.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что оценки достоверности полученной информации на основе такого критерия, как вероятность искажения бит (Р_б), используют для структурно-алгоритмической адаптации системы передачи сообщений к состоянию канала связи, при этом в случае появления значений вероятности искажения бит (Р_б), превышающих уровень работоспособности избыточных помехоустойчивых кодов (Р_б>10^-2), по обратному каналу связи передают команду на исключение такого вида кодирования из тракта формирования цифрового группового сигнала, эта операция также может быть реализована и в начале сеанса связи перед передачей сообщений в случае, когда при использовании помехоустойчивых кодов и введении дополнительной избыточности бит ожидаемая скорость передачи сообщений превышает расчетную пропускную способность канала связи.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что оценивание достоверности полученной информации осуществляют с использованием нескольких этапов: на первом, ориентированном на выходы декодеров избыточных и безызбыточных помехоустойчивых кодов, определяют показатели достоверности в виде коэффициента, определяющего отношение числа обнаруженных и исправленных ошибок передачи к общему количеству бит на выбранном для оценивания временном интервале, при этом его увеличение используют в качестве критерия ухудшения условий для применения избыточных помехоустойчивых кодов, и достижение определенных, установленных для него границ, используют, как характеристику приближения состояния канала связи к области неработоспособности избыточных помехоустойчивых кодов, с последующей передачей по обратному каналу связи команды для их исключения из тракта формирования и передачи сообщений на передающей стороне, на втором этапе, после операций перехода от кодовых конструкций дополнительного безызбыточного кодирования к исходному восстановленному виду контроль достоверности принятой информации осуществляют на основе восстановления в исходных байтовых сообщений трех старших бит, являющихся служебными и отображающихся в виде следующих кодовых групп: <111>₂ для группы строчных букв кириллицы и <001>₂ - для группы знаков препинания, а также для группы цифр, включающих в себя следующие арифметические символы: сложения «+», вычитания «-», умножения «*», деления «/» и равенства «=», появление иных кодовых групп трех старших бит восстановленных исходных байтовых сообщений : <110>₂, <101>₂, <000>₂, <100>₂ и <011>₂ свидетельствует о наличии оставшейся ошибки, которая не была обнаружена и исправлена.

В сложившихся условиях перспективы разрешения противоречий в создаваемых и модернизируемых системах радиосвязи связаны с реализацией подходов, которые относятся к разряду проблемно-ориентированных. Они предполагают, прежде всего, учет специфических особенностей передаваемой информации и введение ограничений, использование которых позволяет приспособить существующие универсальные методы кодирования информации и используемые коды к решению актуальных задач повышения помехозащищенности передаваемых сообщений. Одно из таких решений и составляет основу разработанного изобретения.

Источники литературы

1. Рихтер Дж. «Windows для профессионалов: Программирование для Windows 95 и Windows NT 4 на базе Win32 API» / Пер. с англ. - М.: Издательский отдел «Русская Редакция» ТОО «Channel Trading Ltd», 1997. 712 с. - С. 581-583.

2. Блейхут Р. Теория и практика кодов, контролирующих ошибки. - Мир, 1986. - 486 с.

3. Способ передачи информации, патент RU №2609747, приоритет от 13.08.2017 г.

4. Способ передачи информации и система для его осуществления, патент RU №2586833, приоритет 15.08.2015 г.

5. Способ передачи информации и система для его осуществления, патент RU №2586605, приоритет от 22.03.2013 г.

6. Романец Ю.В., Тимофеев П.А., Шаньгин В.Ф. Защита информации в компьютерных системах и сетях / Под ред. В.Ф. Шангина - М.: Радио и связь, 1999. - 328 (Китайская теорема об остатках, стр. 311, 312).

7. Кукушкин С.С. Теория конечных полей и информатика. Т. 1. - М.: Минобороны России, 2003. - 278 с.

8. Мановцев А.П. Введение в цифровую радиотелеметрию. - М.: Энергия, 1967. - 344 с.

Изобретение относится к области передачи информации. Техническим результатом является повышение помехозащищенности передачи данных. На передающей стороне значения каждого из слов-сообщений X_i, представленных кодом в системе Windows-1251, умножают на выбранное оптимальное минимальное кодовое расстояние d_min^(W5)=5, полученный при этом результат представляют как новые информационные слова C_i=5X_i c той же разрядностью 2n представления двоичным кодом, при этом расставляют их в уплотненном цифровом групповом сигнале в определенной последовательности по отношению к сигналам синхронизации, в том числе и в той, в которой должны были бы передаваться исходные слова-сообщения, а на приемной стороне для восстановления переданных сообщений C_i*, принятых с ошибками ε_i*, при декодировании избыточных помехоустойчивых кодов формируют восстановленную последовательность информационных слов-сообщений с уменьшенным после декодирования избыточных помехоустойчивых кодов количеством ошибок а на следующем этапе декодирования безызбыточных кодов осуществляют обнаружение и исправление оставшихся ошибок передачи в восстановленных дополнительно закодированных словах-сообщениях , после чего в соответствии с принятой таблицей декодирования осуществляют перевод значений восстановленных значений кодовых слов к исходным значениям переданных сообщений . 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Способ передачи информации с использованием компьютерных кодов, состоящий в том, что на передающей стороне осуществляют сбор сигналов от источников сообщений, преобразуют их значения Xi в двоичный код, обеспечивают синхронизацию сформированных слов-сообщений, представленных 2n-разрядным двоичным кодом, по времени и формируют из них уплотненный цифровой групповой сигнал, подлежащий передаче по каналам связи, отличающийся тем, что на передающей стороне значения каждого из слов-сообщений Xi, представленных кодом в системе Windows-1251, умножают на выбранное оптимальное минимальное кодовое расстояние d_min^(W5)=5, полученный при этом результат представляют как новые информационные слова C_i=5X_i с той же разрядностью 2n представления двоичным кодом, при этом их, а не исходные слова-измерения X_i расставляют в уплотненном цифровом групповом сигнале в определенной последовательности по отношению к сигналам синхронизации, в том числе и в той, в которой должны были бы передаваться исходные слова-сообщения, сформированный таким образом цифровой уплотненный цифровой групповой сигнал подвергают следующим последовательно выполняемым операциям: скремблирования, перемежения, избыточного блочного и/или сверточного помехоустойчивого кодирования и шифрования данных, модуляции цифровых групповых сигналов и их передачи по каналам связи, а на приемной стороне для восстановления переданных сообщений C_i*, принятых с ошибками ε_i*, появление которых связано с действием помех в канале связи, выполняют перечисленные операции в обратном порядке: демодуляции, дешифрования, избыточного помехоустойчивого декодирования, деперемежения, дескремблирования и декодирования сформированного безызбыточного кода, в результате чего при декодировании избыточных помехоустойчивых кодов формируют восстановленную последовательность информационных слов-сообщений с уменьшенным после декодирования избыточных помехоустойчивых кодов количеством ошибок , а на следующем этапе декодирования безызбыточных кодов осуществляют обнаружение и исправление оставшихся ошибок передачи в восстановленных дополнительно закодированных словах-сообщениях , после чего в соответствии с принятой таблицей декодирования осуществляют перевод значений восстановленных значений кодовых слов к исходным значениям переданных сообщений , и оценивают показатели достоверности полученной информации.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обнаружение и исправление оставшихся ошибок передачи в восстановленных дополнительно закодированных словах-сообщениях осуществляют на основе критерия их близости по абсолютной величине к разрешенным позициям (C_i^(р)) безызбыточного помехоустойчивого кода , которые при делении на минимальное кодовое расстояние d_min^(w5)=5 дают остатки, равные нулю при отсутствии ошибок передачи, в случае невыполнения этого условия, что свидетельствует о наличии неисправленной ошибки , восстановленные после декодирования избыточных помехоустойчивых кодов данные заменяют на значение ближайшей разрешенной позиции безызбыточного помехоустойчивого кода C_i^(рб), при котором обеспечивают минимум абсолютной разности между значением восстановленных данных C_i* и значением ближайшей разрешенной позиции безызбыточного помехоустойчивого кода C_i^(рб): δC_i*^(рб)=|C_i*-C_i^(рб)|→min.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что оценки достоверности полученной информации на основе такого критерия, как вероятность искажения бит (Р_б), используют для структурно-алгоритмической адаптации системы передачи сообщений к состоянию канала связи, при этом в случае появления значений вероятности искажения бит (Р_б), превышающих уровень работоспособности избыточных помехоустойчивых кодов (Р_б>10^-2), по обратному каналу связи передают команду на исключение такого вида кодирования из тракта формирования цифрового группового сигнала, эта операция также может быть реализована и в начале сеанса связи перед передачей сообщений в случае, когда при использовании помехоустойчивых кодов и введении дополнительной избыточности бит ожидаемая скорость передачи сообщений превышает расчетную пропускную способность канала связи.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что оценивание достоверности полученной информации осуществляют с использованием нескольких этапов: на первом, ориентированном на выходы декодеров избыточных и безызбыточных помехоустойчивых кодов, определяют показатели достоверности в виде коэффициента, определяющего отношение числа обнаруженных и исправленных ошибок передачи к общему количеству бит на выбранном для оценивания временном интервале, при этом его увеличение используют в качестве критерия ухудшения условий для применения избыточных помехоустойчивых кодов, и достижение определенных установленных для него границ используют как характеристику приближения состояния канала связи к области неработоспособности избыточных помехоустойчивых кодов, с последующей передачей по обратному каналу связи команды для их исключения из тракта формирования и передачи сообщений на передающей стороне, на втором этапе, после операций перехода от кодовых конструкций дополнительного безызбыточного кодирования к исходному восстановленному виду контроль достоверности принятой информации осуществляют на основе восстановления в исходных байтовых сообщениях трех старших бит, являющихся служебными и отображающихся в виде следующих кодовых групп: <111>₂ для группы строчных букв кириллицы и <001>₂ - для группы знаков препинания, а также для группы цифр, включающих в себя следующие арифметические символы: сложения «+», вычитания «-», умножения «*», деления «/» и равенства «=», появление иных кодовых групп трех старших бит восстановленных исходных байтовых сообщений : <110>₂, <101>₂, <000>₂, <100>₂ и <011>₂ свидетельствует о наличии оставшейся ошибки, которая не была обнаружена и исправлена.