Система цифровой передачи информации Российский патент 2024 года по МПК G08C19/28 

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

Известна система цифровой передачи информации, содержащая: на передающей стороне - последовательно соединенные источник информации и аналого-цифровой преобразователь, выход которого подключен к входу канала связи, а на приемной стороне - последовательно соединенные цифро-аналоговый преобразователь, вход которого подключен к выходу канала связи, и получатель информации [1].

На передающей стороне известной системы цифровой передачи информации источник информации формирует первичный сигнал S_п(t) с динамическим диапазоном D_п=2²ⁿ значений. Сформированный первичный сигнал S_п(t) подают на вход аналого-цифрового преобразователя, на выходе которого формируют цифровой сигнал S_ц(t) в виде последовательности кодовых слов, содержащих 2n двоичных символов, путем аналого-цифрового преобразования первичного сигнала S_п(t), выполняемого с выбранным периодом Т_о опроса с шагом квантования d=U_ш0/2²ⁿ, в 2²ⁿ раз меньшим шкалы U_ш0 значений первичного сигнала S_п(t). Сформированный цифровой сигнал S_ц(t) передают по каналу связи на приемную сторону. На приемной стороне принимают цифровой сигнал S_ц*(t), затем с помощью цифро-аналогового преобразователя формируют последовательность S_д(t)=ΣS_п*(t-iT_o) восстановленных выборок S_п*(t-iT_o) первичного сигнала, после чего восстанавливают первичный сигнал S_п*(t) путем фильтрации полученной последовательности S_д(t) восстановленных выборок первичного сигнала с помощью фильтра нижних частот с частотой среза F_cp=F_o/2=1/(2T_o), равной половине частоты опроса.

Известная система цифровой передачи информации обеспечивает передачу информации при заданном динамическом диапазоне D_п значений первичного сигнала. Однако, из-за действия в канале связи нормального белого шума n(t) с нулевым математическим ожиданием и стандартным отклонением σ_n в словах принятого цифрового сигнала S_ц*(t) возникают ошибки, в результате чего значения S_п*(t-jT_o) восстановленных выборок первичного сигнала на приемной стороне не совпадают с соответствующими значениями S_п(t-jT_o) выборок первичного сигнала на передающей стороне.

Поэтому недостатком известной системы цифровой передачи информации является недостаточная точность передачи информации при фиксированных значениях динамического диапазона D_п значений первичного сигнала S_п(t) и вероятности ошибки на бит р_б в канале связи.

Наиболее близкой к предлагаемой является система цифровой передачи информации, содержащая: на передающей стороне - источник информации и последовательно соединенные вычитающее устройство, вход суммирования которого подключен к выходу источника информации непосредственно, а вход вычитания - через элемент задержки, и аналого-цифровой преобразователь, выход которого подключен к входу канала связи, а на приемной стороне - последовательно соединенные преобразователь код/амплитуда импульса, вход которого соединен с выходом канала связи, интегратор, фильтр нижних частот и получатель информации [2].

На передающей стороне известной системы цифровой передачи информации источник информации формирует первичный сигнал S_п(t) с динамическим диапазоном D_п=2²ⁿ значений. Сформированный первичный сигнал S_п(t) подают на вход суммирования вычитающего устройства непосредственно, а на его вход вычитания - через элемент задержки. На выходе вычитающего устройства формируют передаваемый сигнал S_пр(t)=S_п(t)-S_п(t-Т_д) путем вычитания из первичного сигнала задержанного первичного сигнала. Сформированный передаваемый сигнал S_пр(t) подают на вход аналого-цифрового преобразователя, на выходе которого формируют цифровой сигнал S_ц(t) в виде последовательности кодовых слов, содержащих 2n двоичных символов, путем аналого-цифрового преобразования передаваемого сигнала S_пр(t), выполняемого с выбранным периодом Т_о опроса с шагом квантования d=U_ш0/2²ⁿ, в 2²ⁿ раз меньшим шкалы U_ш0 значений первичного сигнала S_п(t). Сформированный цифровой сигнал S_ц(t) передают по каналу связи на приемную сторону. На приемной стороне принимают цифровой сигнал S_ц*(t), затем с помощью преобразователя код/амплитуда импульса формируют принятый сигнал в виде последовательности восстановленных выборок S_пр*(t-iT_o), которую подают на вход интегратора. На выходе интегратора получают последовательность S_п*(t-jTo) восстановленных выборок первичного сигнала, при этом значение S_п*(t-jT_o) каждой восстановленной выборки первичного сигнала определяют путем суммирования значения S_п*[t-(i-1)Т_д] предшествующей восстановленной выборки первичного сигнала и соответствующего значения S_пр*(t-iТ_д) восстановленной выборки принятого сигнала. Затем восстанавливают первичный сигнал S_п*(t) путем фильтрации полученной последовательности S_в(t) восстановленных выборок первичного сигнала с помощью фильтра нижних частот с частотой среза F_cp=F_o/2=1/(2Т_о), равной половине частоты опроса.

Известная система цифровой передачи информации обеспечивает сокращение избыточности передаваемой информации при заданном динамическом диапазоне D_п значений первичного сигнала за счет использования разностного представления первичного сигнала. Однако, из-за действия в канале связи нормального белого шума n(t) с нулевым математическим ожиданием и стандартным отклонением σ_n в словах принятого цифрового сигнала S_ц*(t) возникают ошибки, в результате чего значения выборок S_пр*(t-iT_o) принятого сигнала и соответствующие значения S_п*(t-jTo) восстановленных выборок первичного сигнала на приемной стороне не совпадают с соответствующими значениями выборок S_пр(t-iT_o) передаваемого сигнала и с соответствующими значениями S_п(t-jTo) выборок первичного сигнала на передающей стороне.

Поэтому недостатком известной системы цифровой передачи информации также является недостаточная точность передачи информации при фиксированных значениях динамического диапазона D_п значений первичного сигнала S_п(t) и вероятности ошибки на бит р_б в канале связи.

Технический результат состоит в повышении точности передачи информации при фиксированных значениях динамического диапазона значений первичного сигнала и вероятности ошибки на бит в канале связи.

Для достижения указанного технического результата в систему цифровой передачи информации, содержащую: на передающей стороне - источник информации, а на приемной стороне - первый преобразователь код/амплитуда импульса, вход которого соединен с первым выходом канала связи, и последовательно соединенные фильтр нижних частот и получатель информации, введены: на передающей стороне - первый формирователь пороговых уровней, последовательно соединенные дискретизатор, преобразователь значений выборок по модулю (2ⁿ-1), первый сумматор, преобразователь разностных выборок и первый преобразователь амплитуда/код, а также первый формирователь пороговых уровней, преобразователь значений выборок по модулю (2ⁿ+1) и последовательно соединенные преобразователь выборок и второй преобразователь амплитуда/код, при этом выход дискретизатора подключен к информационному входу преобразователя значений выборок по модулю (2ⁿ+1), выход которого соединен с инверсным входом первого сумматора, выход дискретизатора подключен к информационному входу преобразователя выборок, выходы первого и второго преобразователей амплитуда/код соединены соответственно с первым и вторым входами канала связи, группы пороговых входов преобразователя значений выборок по модулю (2ⁿ-1) и преобразователя значений выборок по модулю (2ⁿ+1) подключены соответственно к первой и второй группам пороговых выходов первого формирователя пороговых уровней, группа опорных входов преобразователя разностных выборок подключена к первой группе опорных выходов первого формирователя пороговых уровней, вторая группа опорных выходов которого соединена с группой опорных входов преобразователя выборок, на приемной стороне - последовательно соединенные второй преобразователь код/амплитуда и первый восстановитель преобразованных выборок, последовательно соединенные восстановитель разностных выборок и второй восстановитель преобразованных выборок, второй сумматор и второй формирователь пороговых уровней, при этом вход второго преобразователя код/амплитуда соединен с вторым выходом канала связи, выход первого преобразователя код/амплитуда подключен к информационному входу восстановителя разностных выборок, выходы второго и первого восстановителей преобразованных выборок соединены соответственно с первым и вторым входами второго сумматора, выход которого подключен к входу фильтра нижних частот, пороговый и опорный входы восстановителя разностных выборок подключены соответственно к первому пороговому и к первому опорному выходам второго формирователя пороговых уровней, второй опорный выход которого соединен с опорным входом первого восстановителя преобразованных выборок и с первым опорным входом второго восстановителя преобразованных выборок, пороговый и второй опорный входы которого подключены соответственно к второму пороговому и третьему опорному выходам второго формирователя пороговых уровней.

Предлагаемая система цифровой передачи информации обеспечивает передачу по каналу связи первого и второго цифровых сигналов, последовательности кодовых слов которых соответствуют в моменты опроса усиленным соответственно в 2^n-1 и в (2ⁿ+1) раз значениям первого и второго передаваемых сигналов с динамическими диапазонами D_п1=D_п/2^n-1 и D_п2=D_п/(2ⁿ⁺¹) их значений соответственно. Это позволяет в среднем после соответствующей обработки на приемной стороне принятых искаженных первого и второго цифровых сигналов уменьшить значение дисперсии погрешности значений восстановленных выборок первичного сигнала, что и обеспечивает положительный технический результат - повышение точности передачи информации при фиксированных значениях динамического диапазона значений первичного сигнала и вероятности ошибки на бит в канале связи.

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

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемой системы цифровой передачи информации, в табл. 1 и табл. 2 представлены значения сигналов в сечениях данной схемы в разные моменты опроса (j=1,…,25) при допустимом значении погрешности ε_макс=1 и шкале значений первичного сигнала U_ш0=(2²ⁿ×ε_макс)=256 для частного случая n=4.

Система цифровой передачи информации на передающей стороне содержит источник 1 информации, дискретизатор 2, преобразователь 3 значений выборок по модулю (2ⁿ-1), преобразователь 4 значений выборок по модулю (2ⁿ+1), первый формирователь 5 пороговых уровней, первый сумматор 6, преобразователь 7 разностных выборок, преобразователь 8 выборок, первый и второй преобразователи 9 и 10 амплитуда/код. Выход источника 1 информации через дискретизатор 2 соединен с информационными входами преобразователя 3 значений выборок по модулю (2ⁿ-1) и преобразователя 4 значений выборок по модулю (2ⁿ+1). Группы пороговых входов преобразователя 3 значений выборок по модулю (2ⁿ-1) и преобразователя 4 значений выборок по модулю (2ⁿ+1) подключены соответственно к первой и второй группам пороговых выходов первого формирователя 5 пороговых уровней. Выходы преобразователя 3 значений выборок по модулю (2ⁿ-1) и преобразователя 4 значений выборок по модулю (2ⁿ+1) соединены соответственно с прямым и инверсным входами первого сумматора 6, выход которого подключен к информационному входу преобразователя 7 разностных выборок. Группа опорных входов преобразователя 7 разностных выборок подключена к первой группе опорных выходов первого формирователя 5 пороговых уровней, вторая группа опорных выходов которого соединена с группой опорных входов преобразователя 8 выборок, информационный вход которого подключен к выходу преобразователя 3 значений выборок по модулю (2ⁿ-1). Выходы преобразователя 7 разностных выборок и преобразователя 8 выборок соединены с входами соответственно первого и второго преобразователей 9 и 10 амплитуда/код, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам канала 11 связи.

Система цифровой передачи информации на приемной стороне содержит первый и второй преобразователи 12 и 13 код/амплитуда, восстановитель 14 разностных выборок, первый восстановитель 15 преобразованных выборок, второй формирователь 16 пороговых уровней, второй восстановитель 17 преобразованных выборок, второй сумматор 18, фильтр 19 нижних частот и получатель 20 информации. Входы первого и второго преобразователей 12 и 13 код/амплитуда соединены соответственно с первым и вторым выходами канала И связи. Выход первого преобразователя 12 код/амплитуда подключен через восстановитель 14 разностных выборок и второй восстановитель 17 преобразованных выборок к первому входу второго сумматора 18. Выход второго преобразователя 13 код/амплитуда подключен через первый восстановитель 15 преобразованных выборок к второму входу второго сумматора 18, выход которого подключен через фильтр 19 нижних частот к входу получателя 20 информации. Пороговый и опорный входы восстановителя 14 разностных выборок подключены соответственно к первому пороговому и к первому опорному выходам второго формирователя 16 пороговых уровней, второй опорный выход которого соединен с опорным входом первого восстановителя 15 преобразованных выборок и с первым опорным входом второго восстановителя 17 преобразованных выборок. Пороговый и второй опорный входы второго восстановителя 17 преобразованных выборок подключены соответственно к второму пороговому и третьему опорному выходам второго формирователя 16 пороговых уровней.

Система цифровой передачи информации функционирует следующим образом.

На передающей стороне с помощью источника 1 информации формируют первичный сигнал S_п(t) с динамическим диапазоном D_п=2²ⁿ значений, шкала U_ш0=(2²ⁿ×ε_макс) значений которого в 2²ⁿ раз превышает максимально допустимое значение ε_макс погрешности.

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

Затем посредством преобразователей 3 и 4 значений выборок по модулям (2ⁿ-1) и (2ⁿ+1) преобразуют значения выборок первичного сигнала.

Для этого сформированную последовательность выборок S_п(t-jTo) первичного сигнала с выхода дискретизатора 2 подают на информационный вход преобразователя 3 значений выборок по модулю (2ⁿ-1). На группу пороговых входов этого преобразователя с первой группы пороговых выходов первого формирователя 5 пороговых уровней подают (2_n+1) пороговых уровней, значения U_1i=i (2ⁿ-1)×ε _макс, [i=0, 2ⁿ], которых равномерно распределены в пределах шкалы U_ш0 значений первичного сигнала. При этом преобразование значений выборок S_п(t-jTo) первичного сигнала по модулю (2ⁿ-1) осуществляют следующим образом: сравнивают значение S_п(t-jTo) каждой выборки первичного сигнала со значениями U_1i всех (2ⁿ+1) пороговых уровней, определяют значение U_{1i макс}(t-jTo) максимального из превышенных пороговых уровней и преобразуют значение S_п(t-jTo) каждой выборки первичного сигнала путем вычитания из него значения U_{1i макс}(t-jTo) максимального из превышенных пороговых уровней. В результате на выходе преобразователя 3 значений выборок по модулю (2_n-1) формируют первую последовательность преобразованных выборок (значения S_1пм(t-jTo) соответствующих преобразованных выборок в различные моменты опроса приведены в столбце 3 табл. 1).

Кроме того, сформированную последовательность выборок S_п(t-jTo) первичного сигнала с выхода дискретизатора 2 подают на информационный вход преобразователя 4 значений выборок по модулю (2ⁿ+1). На группу пороговых входов этого преобразователя с второй группы пороговых выходов первого формирователя 5 пороговых уровней подают (2ⁿ-1) пороговых уровней, значения U_2i=i(2ⁿ+1)×ε_макс, [i=0,(2ⁿ-2)], которых равномерно распределены в пределах шкалы U_ш0 значений первичного сигнала. При этом преобразование значений выборок S_п(t-jTo) первичного сигнала по модулю (2ⁿ+1) осу ществляют следующим образом: сравнивают значение S_п(t-jTo) каждой выборки первичного сигнала со значениями U_2i всех (2ⁿ-1) пороговых уровней, определяют значение U_{2i макс}(t-jTo) максимального из превышенных пороговых уровней и преобразуют значение S_п(t-jTo) каждой выборки первичного сигнала путем вычитания из него значения U_{2i макс}(t-jTo) максимального из превышенных пороговых уровней. В результате на выходе преобразователя 4 значения выборок по модулю (2ⁿ+1) формируют вторую последовательность преобразованных выборок (значения S_2пм(t-jTo) соответствующих преобра- зованных выборок в различные моменты опроса приведены в столбце 4 табл. 1).

Первую и вторую последовательности преобразованных выборок S_1пм(t-jT_o) и S_2пм(t-jTo) с выходов преобразователей 3 и 4 значений выборок по модулям (2ⁿ-1) и (2ⁿ+1) подают соответственно на прямой и инверсный входы первого сумматора 6. На его выходе получают последовательность передаваемых разностных выборок S_Δ12(t-jTo)=S_1пм(t-jTo)-S_2пм(t-jTo) (значения S_Δ12(t-jTo) соответствующих передаваемых разностных выборок в различные моменты опроса приведены в столбце 5 табл. 1).

Последовательность передаваемых разностных выборок S_Δ12(t-jTo) подают с выхода первого сумматора 6 на информационный вход преобразователя 7 разностных выборок. На группу опорных входов преобразователя 7 разностных выборок с первой группы опорных выходов первого формирователя 5 пороговых уровней подают первый опорный сигнал, значение которого постоянно и в 2^n-1 раз превышает максимально допустимое значение ε_макс погрешности, второй опорный сигнал, значение которого постоянно и в 2^n-2 раз превышает максимально допустимое значение ε_макс погрешности, третий опорный сигнал, значение которого постоянно и в 2²ⁿ/2 раз превышает максимально допустимое значение ε_макс погрешности и четвертый опорный сигнал с нулевым значением. С помощью преобразователя 7 разностных выборок формируют первую последовательность передаваемых преобразованных разностных выборок S_1пр(t-jTo) путем усиления в 2^n-1 раз значений S_Δ12(t-jTo) передаваемых разностных выборок и суммирования их с вторым опорным сигналом, значение которого в 2^n-2 раз превышает максимально допустимое значение ε_макс погрешности (значения S_Δ12y(t-jTo) соответствующих передаваемых усиленных разностных выборок в различные моменты опроса приведены в столбце 6 табл. 1) и преобразования значений S_Δ12y(t-jTo) передаваемых усиленных разностных выборок следующим образом:

если значение S_Δ12y(t-jTo) передаваемой усиленной разностной выборки больше нулевого значения четвертого опорного сигнала, то значение S_1пр(t-jT_o) передаваемой преобразованной разностной выборки принимают равным сумме значения S_Δ12y(t-jTo) этой передаваемой усиленной разностной выборки и значения (2²ⁿ/2) третьего опорного сигнала;

если значение S_Δ12y(t-jTo) передаваемой усиленной разностной выборки меньше нулевого значения четвертого опорного сигнала, то значение S_1пр(t-jTo) передаваемой преобразованной разностной выборки принимают равным отрицательному значению -S_Δ12y(t-jTo) этой передаваемой усиленной разностной выборки (значения S_1пр(t-jTo) передаваемых выборок первой последовательности передаваемых преобразованных разностных выборок в различные моменты опроса приведены в столбце 7 табл. 1).

Кроме того, сформированную первую последовательность преобразованных выборок S_1пр(t-jTo) с выхода преобразователя 3 значений выборок по модулю (2ⁿ-1) подают на информационный вход преобразователя 8 выборок.

На группу опорных входов преобразователя 8 выборок с второй группы опорных выходов первого формирователя 5 пороговых уровней подают пятый опорный сигнал, значение которого постоянно и в (2ⁿ+1) раз превышает максимально допустимое значение ε_макс погрешности, и шестой опорный сигнал, значение которого постоянно и в (2ⁿ-1)/2 раз превышает максимально допустимое значение ε_макс погрешности.

С помощью преобразователя 8 выборок формируют вторую последовательность передаваемых преобразованных выборок S2_пр(t-jTo) путем усиления значений S_1пм(t-jTo) выборок первой последовательности преобразованных выборок в (2ⁿ+1) раз и суммирования с шестым опорным сигналом, значение которого в (2ⁿ-1)/2 раз превышает максимально допустимое значение ε_макс погрешности (значения S_2пр(t-jT_o) выборок второй последовательности передаваемых преобразованных выборок в различные моменты jTo времени приведены в столбце 8 табл. 1).

Далее сформированные первую последовательность передаваемых преобразованных разностных выборок S_1пр(t-jTo) и вторую последовательность передаваемых преобразованных выборок S_2пр(t-jTo) подают соответственно с выходов преобразователя 7 разностных выборок и преобразователя 8 выборок на входы первого и второго преобразователей 9 и 10 амплитуда/код, с помощью которых осуществляют квантование значений передаваемых выборок на 2²ⁿ уровней и кодирование значений полученных квантованных выборок равномерным двоичным безубыточным кодом.

В результате на выходах первого и второго преобразователей 9 и 10 амплитуда/код получают первый и второй передаваемые цифровые сигналы в виде последовательностей двоичных слов S_1ц(t-jTo) и S_2ц(t-jTo), состоящих из 2n разрядов (значения символов двоичных слов S_1ц(t-jTo) и S_2ц(t-jTo) сформированных передаваемых цифровых сигналов в различные моменты jTo времени приведены соответственно в столбцах 9 и 10 табл. 1 и в столбцах 3 и 4 табл. 2).

Сформированные передаваемые цифровые сигналы S_1ц(t) и S_2ц(t) подают с выходов первого и второго преобразователей 9 и 10 амплитуда/код на первый и второй входы канала 11 связи.

В процессе передачи цифровых сигналов S_1ц(t) и S_2ц(t) в результате воздействия нормального белого шума происходит искажение символов передаваемых двоичных слов S_1ц(t-jTo) и S_2ц(t-jTo), поэтому на выходе канала 11 связи могут возникать ошибки. Случайные вектора ошибок N₁(t) и N₂(t) в словах передаваемых цифровых сигналов S_1ц(t) и S_2ц(t) при нулевом математическом ожидании и стандартном отклонении σ_n=3ε_макс нормального белого шума в различные моменты jTo времени приведены соответственно в столбцах 11 и 12 табл. 1.

На приемной стороне принимают полученные искаженные первый и второй цифровые сигналы S_1ц*(t) и S_2ц*(t) (значения искаженных символов двоичных слов S_1ц*(t-jT_o) и S_2ц*(t-jT_o) принятых цифровых сигналов в различные моменты jTo времени приведены в столбцах 13 и 14 табл. 1 и в столбцах 5 и 6 табл. 2), после чего восстанавливают последовательность S_п*(t) выборок первичного сигнала путем преобразования принятых из канала 11 связи искаженных цифровых сигналов S_1ц*(t) и S_2ц*(t). Осуществляют это следующим образом.

Полученные первый и второй искаженные цифровые сигналы S_1ц*(t) и S_2ц*(t) подают с первого и второго выходов канала 11 связи на входы соответственно первого и второго преобразователей 12 и 13 код/амплитуда. С помощью первого и второго преобразователей 12 и 13 код/амплитуда осуществляют преобразование значений двоичных слов S_1ц*(t-jTo) и S_2ц*(t-jTo) (см. столбцы 5 и 6 табл. 2) первого и второго принятых искаженных цифровых сигналов S_1ц*(t) и S_2ц*(t) в значения принятых преобразованных разностных выборок S_1пр*(t-jTo) и преобразованных выборок S_2пр*(t-jTo) (значения этих выборок в различные моменты jTo времени приведены в столбцах 7 и 8 табл. 2) соответственно первой последовательности принятых преобразованных разностных выборок S_1пр(t-jTo) и второй последовательности принятых преобразованных выборок.

Далее первую последовательность принятых преобразованных разностных выборок S_1пр(t-jTo) и вторую последовательность принятых преобразованных выборок S2_пр*(t-jTo) подают с выходов первого и второго преобразователей 12 и 13 код/амплитуда соответственно на информационные входы восстановителя 14 разностных выборок и первого восстановителя 15 преобразованных выборок. На пороговый и опорный входы восстановителя 14 разностных выборок с первого порогового и первого опорного выходов второго формирователя 16 пороговых уровней подают соответственно первый пороговый сигнал, значение которого постоянно и в (2²ⁿ/2) раз превышает максимально допустимое значение ε_макс погрешности, и седьмой опорный сигнал, значение которого постоянно и в 2n раз превышает максимально допустимое значение ε_макс погрешности.

С помощью восстановителя 14 разностных выборок формируют последовательность восстановленных разностных выборок следующим образом:

если значение принятой преобразованной разностной выборки S_1пр*(t-jTo) меньше значения (2²ⁿ/2) первого порогового сигнала, то значение S_Δ12*(t-jTo) восстановленной разностной выборки принимают равным квантованному значению частного от деления отрицательного значения -S_1пр*(t-jTo) этой принятой преобразованной разностной выборки на значение 2n седьмого опорного сигнала;

если значение принятой преобразованной разностной выборки S_1пр*(t-jTo) больше значения (2²ⁿ/2) первого порогового сигнала, то значение S_Δ12*(t-jTo) восстановленной разностной выборки принимают равным квантованному значению частного от деления разности (S_1пр*(t-jTo)-2²ⁿ/2) значения S_1пр*(t-jTo) этой принятой преобразованной разностной выборки и значения (2²ⁿ/2) первого порогового сигнала на значение 2п седьмого опорного сигнала (значения S_Δ12*(t-jTo) восстановленных разностных выборок в различные моменты опроса приведены в столбце 9 табл. 2).

На опорный вход первого восстановителя 15 преобразованных выборок с второго опорного выхода второго формирователя 11 пороговых уровней подают восьмой опорный сигнал, значение которого постоянно и в (2ⁿ+1) раз превышает максимально допустимое значение ε_макс погрешности. С помощью первого восстановителя 15 преобразованных выборок формируют первую последовательность восстановленных преобразованных выборок следующим образом: значение S_1пм*(t-jTo) восстановленной преобразованной выборки принимают равным квантованному значению частного от деления значения S_2пр*(t-jTo) принятой преобразованной выбороки на значение (2ⁿ+1) восьмого опорного сигнала (значения S_1пм*(t-jTo) восстановленных преобразованных выборок первой последовательности восстановленных преобразованных выборок в различные моменты опроса приведены в столбце 10 табл. 2). Далее первую последовательность восстановленных преобразованных выборок S_1пм*(t-jTo) с выхода первого восстановителя 15 преобразованных выборок подают на первый вход сумматора 18.

Кроме того, последовательность восстановленных разностных выборок S_Δ12*(t-jT_o) с выхода восстановителя 14 разностных выборок подают на информационный вход второго восстановителя 17 преобразованных выборок. На пороговый вход второго восстановителя 17 преобразованных выборок с второго порогового выхода второго формирователя 11 пороговых уровней подают второй пороговый сигнал с нулевым значением. На первый и второй опорные входы второго восстановителя 17 преобразованных выборок с второго и третьего опорных выходов второго формирователя 11 пороговых уровней подают второй и третий опорные сигналы, значения которого постоянны и превышают соответственно в (2ⁿ+1) и в (2ⁿ-1) раз максимально допустимое значение ε_макс погрешности. С помощью второго восстановителя 17 преобразованных выборок формируют вторую последовательность восстановленных преобразованных выборок S_2пм*(t-jTo) путем преобразования значений последовательности восстановленных разностных выборок S_Δ12*(t-jTo) следующим образом:

если значение S_Δ12*(t-jTo) восстановленной разностной выборки больше нулевого значения второго порогового сигнала, то значение S_2пм*(t-jTo) восстановленной выборки второй последовательности восстановленных преобразованных выборок принимают равным значению усиленного в (2ⁿ-1) раз значения S_Δ12*(t-jTo) этой восстановленной разностной выборки (соответствующие значения S_2пм1*(t-jTo) первого возможного варианта восстановленных преобразованных выборок приведены в столбце 11 табл.2);

если значение S_Δ12*(t-jTo) восстановленной разностной выборки меньше нулевого значения второго порогового сигнала и это значение нечетное, то значение S_2пм2*(t-jTo)={(2ⁿ-l)[(2ⁿ+1)+S_Δ12*(t-jTo)]/2 восстановленной выборки второй последовательности восстановленных преобразованных выборок принимают равным сумме усиленного в (2ⁿ-1) раз значения [(2ⁿ+1)+S_Δ12*(t-jTo)]/2 половины суммы значения (2ⁿ+1) второго опорного сигнала и значения S_Δ12*(t-jTo) этой принятой разностной выборки (соответствующие значения S_2пм2*(t-jTo) второго возможного варианта восстановленных преобразованных выборок приведены в столбце 12 табл. 2);

если значение S_Δ12*(t-jTo) восстановленной разностной выборки меньше нулевого значения второго порогового сигнала и это значение четное, то значение S_{2пм 3}*(t-jT_o)={(2ⁿ-l)[(2ⁿ+1)+S_Δ12*(t-jTo)/2] восстановленной выборки второй последовательности восстановленных преобразованных выборок принимают равным сумме усиленного в (2ⁿ-1) раз значения {(2_n+1)+[S_Δ12*(t-jTo)]/2} суммы значения (2ⁿ+1) второго опорного сигнала и половины значения S_Δ12*(t-jTo) этой принятой разностной выборки (соответствующие значения S_{2пм 3}*(t-jTo) третьего возможного варианта восстановленных преобразованных выборок приведены в столбце 13 табл. 2).

В зависимости от выполнения указанных условий для значений S_Δ12*(t-jTo) восстановленных разностных выборок на выход второго восстановителя 17 преобразованных выборок проходит один из трех возможных вариантов S_{2пм 1}*(t-jTo), S2_{пм 2}*(t-jTo) или S_{2пм 3}*(t-jTo) восстановленных выборок первичного сигнала. В результате на выходе второго восстановителя 17 преобразованных выборок формируют вторую последовательность восстановленных преобразованных выборок S_2пм*(t-jTo) (соответствующие значения S_2пм*(t-jTo) восстановленных преобразованных выборок приведены в столбце 14 табл. 2). Далее вторую последовательность восстановленных преобразованных выборок S_2пм*(t-jTo) с выхода второго восстановителя 17 преобразованных выборок подают на второй вход сумматора 18.

На выходе сумматора 18 получают восстановленную последовательность восстановленных выборок S_п*(t-jTo)=S_1пм*(t-jTo)+S_2пм*(t-jTo) первичного сигнала (соответствующие значения S_п*(t-jTo) восстановленных выборок первичного сигнала приведены в столбце 15 табл. 2).

Восстановленную последовательность восстановленных выборок S_п*(t-jTo) первичного сигнала подают с выхода сумматора 18 на вход фильтра 19 нижних частот с частотой среза, равной половине частоты F_o опроса. С помощью фильтра 19 нижних частот восстанавливают первичный сигнал S_п*(t) путем фильтрации восстановленной последовательности восстановленных выборок S_п*(t-jTo) первичного сигнала.

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

Основу изобретения составляет такой выбор типа преобразований первичного сигнала, при котором значение погрешности его восстановления на приемной стороне уменьшается в несколько раз при фиксированных значениях динамического диапазона D_п значений первичного сигнала и вероятности ошибки на бит в канале связи.

Например, в приведенном примере (см. табл. 1 и табл. 2) реализации заявленной системы цифровой передачи информации при значении динамического диапазона значений первичного сигнала D_п=U_ш0/ε_макс=2²ⁿ=256 (n=4) случайные вектора ошибок N₁(t) и N₂(1) в словах принимаемых цифровых сигналов S_1ц*(t) и S_2ц*(t) возникают из-за действия в канале связи нормальных белых шумов n₁(t) и n₂(t) с нулевым математическим ожиданием и стандартным отклонением σ_n=3ε_макс. При этом значения N₁(t-jTo) и N₂(t-jTo) векторов ошибок (см. столбцы 11 и 12 табл. 1) в различные моменты jTo времени таковы, что примерно соответствуют вероятности ошибки на бит Р_б=0,25. Однако, значения S_п* (t-jTo) восстановленных выборок (см. столбец 15 табл. 2) первичного сигнала на приемной стороне совпадают с соответствующими значениями S_п(t-jTo) выборок (столбец 2 табл. 2) первичного сигнала на передающей стороне, что соответствует эквивалентной вероятности ошибки на бит в канале связи не более Р_бэ=0,001.

Таким образом, достигается технический результат - повышение точности передачи информации при фиксированных значениях динамического диапазона значений первичного сигнала и вероятности ошибки на бит в канале связи.

Литература:

1. 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. 204-205.

2. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей: Учебник для вузов / В.В. Крухмалев, В.Н. Гордиенко, А.Д. Моченов и др.; Под. ред. В.Н. Гордиенко и В.В. Крухмалева. - М.: Горячая линия - Телеком, 2004, с. 238-239.

СИСТЕМА ЦИФРОВОЙ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ

Изобретение относится к телеметрии, технике связи и может быть использовано в системах передачи информации по цифровым каналам связи. Технический результат - повышение точности передачи информации при фиксированных значениях динамического диапазона значений первичного сигнала и вероятности ошибки на бит в канале связи. Для этого предложена система дискретной передачи информации, которая содержит на передающей стороне источник 1 информации, дискретизатор 2, преобразователь 3 значений выборок по модулю (2ⁿ-1), преобразователь 4 значений выборок по модулю (2ⁿ+1), первый формирователь 5 пороговых уровней, первый сумматор 6, преобразователь 7 разностных выборок, преобразователь 8 выборок, первый и второй преобразователи 9 и 10 амплитуда/код, канал 11 связи, а на приемной стороне - первый и второй преобразователи 12 и 13 код/амплитуда, восстановитель 14 разностных выборок, первый восстановитель 15 преобразованных выборок, второй формирователь 16 пороговых уровней, второй восстановитель 17 преобразованных выборок, второй сумматор 18, фильтр 19 нижних частот и получатель 20 информации. 1 ил., 2 табл.

Система цифровой передачи информации, содержащая: на передающей стороне источник информации, а на приемной стороне - первый преобразователь код/амплитуда импульса, вход которого соединен с первым выходом канала связи, и последовательно соединенные фильтр нижних частот и получатель информации, отличающаяся тем, что введены: на передающей стороне дискретизатор, преобразователь значений выборок по модулю (2n-1), преобразователь значений выборок по модулю (2n+1), первый формирователь пороговых уровней, первый сумматор, преобразователь разностных выборок, преобразователь выборок, первый и второй преобразователи амплитуда/код, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами канала связи, на приемной стороне - второй преобразователь код/амплитуда, восстановитель разностных выборок, первый восстановитель преобразованных выборок, второй формирователь пороговых уровней, второй восстановитель преобразованных выборок и второй сумматор, при этом вход дискретизатора подключен к выходу источника информации, а выход дискретизатора соединен с информационными входами преобразователя значений выборок по модулю (2ⁿ-1) и преобразователя значений выборок по модулю (2ⁿ+1), группы пороговых входов которых подключены соответственно к первой и второй группам пороговых выходов первого формирователя пороговых уровней, выходы преобразователя значений выборок по модулю (2ⁿ-1) и преобразователя значений выборок по модулю (2ⁿ+1) соединены соответственно с прямым и инверсным входами первого сумматора, выходы первого сумматора и преобразователя значений выборок по модулю (2ⁿ-1) подключены к информационным входам соответственно преобразователя разностных выборок и преобразователя выборок, группы опорных входов которых соединены соответственно с первой и второй группами опорных выходов первого формирователя пороговых уровней, а выходы преобразователя разностных выборок и преобразователя выборок подключены ко входам соответственно первого и второго преобразователей амплитуда/код, вход второго преобразователя код/амплитуда соединен с вторым выходом канала связи, выходы второго и первого преобразователей код/амплитуда подключены к информационным входам соответственно первого восстановителя преобразованных выборок и восстановителя разностных выборок, пороговый и опорный входы которого соединены соответственно с первым пороговым и с первым опорным выходами второго формирователя пороговых уровней, второй опорный выход которого соединен с опорным входом первого восстановителя преобразованных выборок и с первым опорным входом второго восстановителя преобразованных выборок, пороговый и второй опорный входы которого подключены соответственно к второму пороговому и третьему опорному выходам второго формирователя пороговых уровней, выход восстановителя разностных выборок соединен с информационным входом второго восстановителя преобразованных выборок, выход которого подключен к первому входу второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого восстановителя преобразованных выборок, а выход подключен к входу фильтра нижних частот.