Способ 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.

Известен способ цифровой передачи информации, заключающийся в том, что на передающей стороне формируют первичный сигнал, шкала значений которого в 2²ⁿ раз превышает максимально допустимое значение погрешности, формируют передаваемый сигнал путем преобразования первичного сигнала, при этом формирование передаваемого сигнала осуществляют путем дискретизации первичного сигнала с выбранной частотой опроса, формируют передаваемый цифровой сигнал в виде последовательности кодовых слов, содержащих 2n двоичных символов, путем преобразования передаваемого сигнала, при этом формирование передаваемого цифрового сигнала осуществляют путем квантования значений выборок передаваемого сигнала на 2²ⁿ уровней и кодирования значений полученных квантованных выборок равномерным двоичным безубыточным кодом, передают сформированный цифровой сигнал по каналу связи на приемную сторону, на приемной стороне принимают цифровой сигнал, преобразуют принятый цифровой сигнал в последовательность восстановленных выборок первичного сигнала путем такого преобразования соответствующей последовательности кодовых слов принятого цифрового сигнала, что значение каждой восстановленной выборки первичного сигнала равно значению соответствующего кодового слова принятого цифрового сигнала, восстанавливают первичный сигнал путем фильтрации последовательности восстановленных выборок первичного сигнала [1].

Известный способ цифровой передачи информации предусматривает выполнение следующих операций:

формирование на передающей стороне первичного сигнала S_n(t) с динамическим диапазоном D_n=2^2п значений;

формирование на передающей стороне цифрового сигнала в виде последовательности кодовых слов содержащих 2n двоичных символов, путем дискретизации первичного сигнала S_n(t) с выбранной частотой F_o=1/T_o опроса, квантования значений полученных в результате дискретизации выборок на 2²ⁿ уровней с шагом квантования в 2²ⁿ раз меньшим шкалы U_m0 значений первичного сигнала S_n(t) и кодирования значений полученных квантованных выборок равномерным двоичным безизбыточным кодом;

передачу сформированной последовательности S_ц(t) кодовых слов по каналу связи на приемную сторону;

прием на приемной стороне полученной последовательности S_ц(t) кодовых слов;

формирование на приемной стороне восстановленной последовательности выборок первичного сигнала путем такого преобразования принятой последовательности S_ц(t) кодовых слов, что значение каждой восстановленной выборки первичного сигнала равно значению соответствующего принятого кодового слова т

восстановление на приемной стороне первичного сигнала S_n(t) путем фильтрации полученной последовательности восстановленных выборок S_д(t) первичного сигнала с помощью фильтра нижних частот с частотой среза , равной половине частоты F_о опроса.

Известный способ 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_u*(t) возникают ошибки, в результате чего значения восстановленных выборок первичного сигнала на приемной стороне не совпадают с соответствующими значениями выборок первичного сигнала на передающей стороне.

Поэтому недостатком известного способа цифровой передачи информации является недостаточная точность передачи информации при фиксированных значениях динамического диапазона D_п значений первичного сигнала S_п(t) и стандартного отклонения σ_n нормального белого шума n(t) в канале связи.

Наиболее близким к предлагаемому является известный способ цифровой передачи информации, заключающийся в том, что на передающей стороне формируют первичный сигнал, шкала значений которого в 2²ⁿ раз превышает максимально допустимое значение погрешности, формируют передаваемый сигнал путем преобразования первичного сигнала, для чего формируют задержанный первичный сигнал путем задержки первичного сигнала на период опроса, после чего передаваемый сигнал формируют путем вычитания из первичного сигнала задержанного первичного сигнала, формируют передаваемый цифровой сигнал в виде последовательности кодовых слов, содержащих 2n двоичных символов, путем дискретизации передаваемого сигнала с выбранной частотой опроса, квантования значений полученных в результате дискретизации выборок на 2²ⁿ уровней и кодирования значений полученных квантованных выборок равномерным двоичным безубыточным кодом, передают сформированный цифровой сигнал по каналу связи на приемную сторону, на приемной стороне принимают цифровой сигнал, преобразуют принятый цифровой сигнал в принятый дискретный сигнал в виде последовательности выборок путем такого преобразования соответствующей последовательности кодовых слов принятого цифрового сигнала, что значение каждой выборки принятого дискретного сигнала равно значению соответствующего кодового слова принятого цифрового сигнала, формируют последовательность восстановленных выборок первичного сигнала путем преобразования последовательности выборок принятого дискретного сигнала, при этом значение каждой восстановленной выборки первичного сигнала определяют путем суммирования значения предшествующей восстановленной выборки первичного сигнала и соответствующего значения восстановленной выборки первого принятого дискретного сигнала, восстанавливают первичный сигнал путем фильтрации последовательности восстановленных выборок первичного сигнала [2].

Известный способ цифровой передачи информации предусматривает выполнение следующих операций:

формирование на передающей стороне первичного сигнала S_п(t) с динамическим диапазоном D_n=2²ⁿ значений, шкала значений которого в 2²ⁿ раз превышает максимально допустимое значение ε_макс погрешности;

формирование на передающей стороне передаваемого сигнала путем формирования задержанного на период Т_о опроса первичного сигнала и вычитания из первичного сигнала S_п(t) задержанного первичного сигнала

формирование на передающей стороне цифрового сигнала в виде последовательности кодовых слов содержащих 2n двоичных символов, путем дискретизации передаваемого сигнала S_пp(t) с выбранной частотой F_о=1/Т_о опроса, квантования значений полученных в результате дискретизации выборок на 2²ⁿ уровней с шагом квантования в 2²ⁿ раз меньшим шкалы U_ш0 значений первичного сигнала S_п(t), и кодирования значений полученных квантованных выборок равномерным двоичным безубыточным кодом;

передачу сформированного цифрового сигнала по каналу связи на приемную сторону;

прием на приемной стороне цифрового сигнала

преобразование на приемной стороне принятого цифрового сигнала в принятый дискретный сигналв виде последовательности выборок путем такого преобразования соответствующей последовательности кодовых слов принятого цифрового сигнала, что значение каждой выборки принятого дискретного сигнала равно значению соответствующего кодового слова принятого цифрового сигнала

формирование на приемной стороне восстановленной последовательности выборок первичного сигнала путем преобразования принятого дискретного сигнала для чего значение каждой восстановленной выборки первичного сигнала определяют путем суммирования значения предшествующей восстановленной выборки первичного сигнала и соответствующего значения восстановленной выборки принятого дискретного 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 F_о опроса.

Известный способ 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 двоичных символах слов принятого цифрового сигнала с вероятностью ошибки на бит р_б возникают ошибки и сами слова принимаются искаженными, в результате чего соответствующие значения восстановленных выборок первичного сигнала на приемной стороне не совпадают с соответствующими значениями выборок первичного сигнала на передающей стороне. При этом дисперсия погрешности значений восстановленных выборок составляет

Поэтому недостатком известного способа 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 способ цифровой передачи информации, заключающийся в том, что на передающей стороне формируют первичный сигнал, шкала значений которого в 2²ⁿ раз превышает максимально допустимое значение погрешности,

формируют первый передаваемый цифровой сигнал в виде последовательности кодовых слов, содержащих 2n двоичных символов,

передают сформированный первый цифровой сигнал по каналу связи на приемную сторону,

на приемной стороне принимают первый цифровой сигнал,

преобразуют первый принятый цифровой сигнал в первую последовательность принятых квантованных выборок путем такого преобразования соответствующей последовательности кодовых слов первого принятого цифрового сигнала, что значение каждой выборки первой последовательности принятых квантованных выборок равно значению соответствующего кодового слова первого принятого цифрового сигнала,

формируют последовательность восстановленных выборок первичного сигнала,

восстанавливают первичный сигнал путем фильтрации последовательности восстановленных выборок первичного сигнала,

введены новые операции, а именно: на передающей стороне первый передаваемый цифровой сигнал формируют следующим образом: формируют последовательность выборок первичного сигнала путем его дискретизации с выбранной частотой опроса,

формируют первую последовательность передаваемых выборок, для чего преобразуют последовательность выборок первичного сигнала путем

формирования первой преобразованной последовательности выборок путем преобразования значений выборок первичного сигнала по модулю (2ⁿ-1), формирования второй преобразованной последовательности выборок путем преобразования значений выборок первичного сигнала по модулю (2ⁿ+1),

формирования последовательности передаваемых разностных выборок путем вычитания из значений преобразованных выборок первой преобразованной последовательности выборок соответствующих значений преобразованных выборок второй преобразованной последовательности выборок,

усиления в 2^n-1 раз значений передаваемых разностных выборок и суммирования их с постоянным сигналом, значение которого в 2^n-2 раз превышает максимально допустимое значение погрешности,

преобразования значений усиленных передаваемых разностных выборок следующим образом:

если значение усиленной передаваемой разностной выборки больше нуля, то значение передаваемой выборки первой последовательности передаваемых выборок принимают равным сумме значения этой усиленной передаваемой разностной выборки и значения (2²ⁿ/2),

если значение усиленной передаваемой разностной выборки меньше нуля, то значение передаваемой выборки первой последовательности передаваемых выборок принимают равным отрицательному значению этой усиленной передаваемой разностной выборки,

после чего производят квантование значений передаваемых выборок первой последовательности передаваемых выборок на 2²ⁿ уровней и кодирование значений полученных квантованных выборок равномерным двоичным безубыточным кодом;

кроме того, формируют второй передаваемый цифровой сигнал в виде последовательности кодовых слов, содержащих 2n двоичных символов, следующим образом:

формируют вторую последовательность передаваемых выборок путем усиления значений первой преобразованной последовательности передаваемых выборок в (2ⁿ+1) раз и суммирования с постоянным сигналом, значение которого в (2ⁿ-1)/2 раз превышает максимально допустимое значение погрешности,

после чего производят квантование значений передаваемых выборок второй последовательности передаваемых выборок на 2²ⁿ уровней и кодирование значений полученных квантованных выборок равномерным двоичным безубыточным кодом;

передают сформированный второй цифровой сигнал по каналу связи на приемную сторону,

при этом на приемной стороне

формируют последовательность принятых разностных выборок следующим образом:

если значение принятой квантованной выборки первой последовательности принятых квантованных выборок меньше значения (2²ⁿ/2), то значение принятой разностной выборки принимают равным квантованному значению частного от деления отрицательного значения этой принятой квантованной выборки на значение 2n,

если значение принятой квантованной выборки первой последовательности принятых квантованных выборок больше значения (2²ⁿ/2), то значение принятой разностной выборки принимают равным квантованному значению частного от деления разности значения этой принятой квантованной выборки и значения (2²ⁿ/2) на значение 2n;

кроме того, принимают второй цифровой сигнал,

преобразуют второй принятый цифровой сигнал во вторую последовательность принятых квантованных выборок путем такого преобразования соответствующей последовательности кодовых слов второго принятого цифрового сигнала, что значение каждой выборки второй последовательности принятых квантованных выборок равно значению соответствующего кодового слова второго принятого цифрового сигнала,

формируют первую преобразованную последовательность принятых выборок, значение каждой выборки которой принимают равным квантованному значению частного от деления значения квантованной выборки второй последовательности принятых квантованных выборок на значение (2ⁿ+1),

после чего формирование последовательности восстановленных выборок первичного сигнала производят путем преобразования значений последовательности принятых разностных выборок и первой преобразованной последовательности принятых выборок следующим образом:

если значение принятой разностной выборки больше нуля, то значение восстановленной выборки первичного сигнала принимают равным сумме усиленного в (2ⁿ-1) раз значения этой принятой разностной выборки и значения соответствующей принятой выборки первой преобразованной последовательности принятых выборок;

если значение принятой разностной выборки меньше нуля и это значение нечетное, то значение восстановленной выборки первичного сигнала принимают равным сумме усиленного в (2ⁿ-1) раз значения половины суммы значения (2ⁿ+1) и значения этой принятой разностной выборки и значения соответствующей принятой выборки первой преобразованной последовательности принятых выборок;

если значение принятой разностной выборки меньше нуля и это значение четное, то значение восстановленной выборки первичного сигнала принимают равным сумме усиленного в (2ⁿ-1) раз значения суммы значения (2ⁿ+1) и половины значения этой принятой разностной выборки и значения соответствующей принятой выборки первой преобразованной последовательности принятых выборок.

Преобразование значений сигнала по модулю n осуществляют следующим образом: формируют «равномерно распределенных в пределах шкалы значений сигнала пороговых уровней, сравнивают каждое значение сигнала со значениями всех пороговых уровней, определяют значение максимального из превышенных пороговых уровней и преобразуют каждое значение сигнала путем вычитания из него значения максимального из превышенных пороговых уровней.

Преобразование значений выборок сигнала по модулю n осуществляют следующим образом: формируют n равномерно распределенных в пределах шкалы значений сигнала пороговых уровней, сравнивают значение каждой выборки сигнала со значениями всех пороговых уровней, определяют значение максимального из превышенных пороговых уровней и преобразуют значение каждой выборки сигнала путем вычитания из него значения максимального из превышенных пороговых уровней.

Квантование значений выборок сигнала на n уровней осуществляют следующим образом: формируют n равномерно распределенных в пределах шкалы значений сигнала пороговых уровней, сравнивают значение каждой выборки сигнала со значениями всех пороговых уровней, определяют значение максимального из превышенных пороговых уровней, значение каждой квантованной выборки сигнала принимают равным соответствующему значению максимального из превышенных пороговых уровней.

Предлагаемый способ цифровой передачи информации предполагает передачу по каналу связи первого и второго цифровых сигналов, последовательности кодовых слов которых соответствуют в моменты опроса усиленным соответственно в 2^n-1 и (2ⁿ+1) раз значениям передаваемых выборок первой и второй последовательностей передаваемых выборок с динамическим диапазоном D_п1=D_п/2ⁿ их значений. 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.

На фиг. 1 представлена структурная схема системы цифровой передачи информации, реализующей предлагаемый способ, 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 для частного случая n=4.

Система цифровой передачи информации на передающей стороне содержит последовательно соединенные источник 1 информации и дискретизатор 2, формирователи 3 и 4 первой и второй последовательностей передаваемых выборок, первый формирователь 5 пороговых уровней, а также первый и второй преобразователи 6 и 7 амплитуда/код.

Выход дискретизатора 2 соединен с информационным входом формирователя 3 первой последовательностей передаваемых выборок, первый выход которого подключен к информационному входу формирователя 4 второй последовательностей передаваемых выборок.

Первая и вторая группы пороговых выходов первого формирователя 5 пороговых уровней подключены к соответствующим группам пороговых входов формирователя 3 первой последовательности передаваемых выборок.

Первая и вторая группы опорных выходов первого формирователя 5 пороговых уровней подключены к группам опорных входов соответственно формирователей 3 и 4 первой и второй последовательностей передаваемых выборок.

Второй выход формирователя 3 первой последовательностей передаваемых выборок и выход формирователя 4 второй последовательностей передаваемых выборок соединены с входами соответственно первого и второго преобразователей 6 и 7 амплитуда/код, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам канала 8 связи.

Система цифровой передачи информации на приемной стороне содержит первый и второй преобразователи 9 и 10 код/амплитуда, второй формирователь 11 пороговых уровней, первый и второй преобразователи 12 и 13 значений квантованных выборок, формирователь 14 восстановленных выборок, фильтр 15 нижних частот и получатель 16 информации

Входы первого и второго преобразователей 9 и 10 код/амплитуда соединены соответственно с первым и вторым выходами канала 6 связи, а их выходы подключены соответственно через первый и второй преобразователи 12 и 13 значений квантованных выборок к первому и второму информационным входам формирователя 14 восстановленных выборок, выход которого подключен через фильтр 15 нижних частот к входу получателя 16 информации.

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

На передающей стороне с помощью источника 1 информации формируют первичный сигнал S_п(t) с динамическим диапазоном D_n=2²ⁿ значений, шкала 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 первичного сигнала путем его дискретизации с выбранной частотой F_о=1/Т_о опроса (значения первичного сигнала S_п(t) в различные моменты jT_о опроса (j=1, …, 25) приведены в столбцах 2 табл. 1 и табл. 2).

Затем посредством формирователей 3 и 4 первой и второй последовательностей передаваемых выборок формируют первую и вторую последовательности передаваемых выборок путем преобразования последовательности S_д(t) выборок первичного сигнала.

Для этого сформированную последовательность S_д(t) выборок первичного сигнала с выхода дискретизатора 2 подают на информационный вход формирователя 3 первой последовательности передаваемых выборок.

На первую группу пороговых входов формирователя 3 первой последовательности передаваемых выборок с первой группы пороговых выходов первого формирователя 5 пороговых уровней подают (2ⁿ+1) пороговых уровней, значения , которых равномерно распределены в пределах шкалы U_m0 значений первичного сигнала.

На вторую группу пороговых входов формирователя 3 первой последовательности передаваемых выборок с второй группы пороговых выходов первого формирователя 5 пороговых уровней подают (2ⁿ-1) пороговых уровней, значения которых равномерно распределены в пределах шкалы U_ш0 значений первичного сигнала.

На группу опорных входов формирователя 3 первой последовательностей передаваемых выборок с первой группы опорных выходов первого формирователя 5 пороговых уровней подают первый опорный сигнал, значение которого постоянно и в 2ⁿ⁺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 формирователя 3 первой последовательности передаваемых выборок формируют первую последовательность передаваемых выборок путем

преобразования значений выборок первичного сигнала по модулю (2ⁿ-1) (значения соответствующих преобразованных выборок первой преобразованной последовательности выборок в различные моменты jT_o времени приведены в столбцах 3 табл. 1 и табл. 2 ),

преобразования значений выборок первичного сигнала по модулю (2ⁿ+1) (значения соответствующих преобразованных выборок второй преобразованной последовательности выборок в различные моменты опроса приведены в столбцах 4 табл. 1 и табл. 2),

формирования последовательности передаваемых разностных выборок путем вычитания из значений преобразованных выборок первой преобразованной последовательности выборок соответствующих значений преобразованных выборок второй преобразованной последовательности выборок (значения соответствующих передаваемых разностных выборок в различные моменты опроса приведены в столбце 5 табл. 1),

усиления в 2^n-1 раз значений 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 соответствующих усиленных передаваемых разностных выборок в различные моменты опроса приведены в столбце 6 табл. 1) и

преобразования значений усиленных передаваемых разностных выборок следующим образом:

если значение усиленной передаваемой разностной выборки больше нулевого значения четвертого опорного сигнала, то значение передаваемой выборки первой последовательности передаваемых выборок принимают равным сумме значения этой усиленной передаваемой разностной выборки и значения (2²ⁿ/2) третьего опорного сигнала;

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

Далее первую преобразованную последовательность передаваемых выборок (значения преобразованных выборок первой преобразованной последовательности выборок в различные моменты jT_o времени приведены в столбцах 3 табл. 1 и табл. 2) с первого выхода формирователя 3 первой последовательности передаваемых выборок подают на информационный вход формирователя 4 второй последовательности передаваемых выборок.

На группу опорных входов формирователя 4 второй последовательности передаваемых 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 £макс погрешности, и шестой опорный сигнал, значение которого постоянно и в (2ⁿ-1)/2 раз превышает максимально допустимое значение ε_макс погрешности.

С помощью формирователя 4 второй последовательности передаваемых выборок формируют вторую последовательность передаваемых выборок путем усиления значений первой преобразованной последовательности передаваемых выборок в (2ⁿ+1) раз и суммирования с шестым опорным сигналом, значение которого в (2^т-1)/2 раз превышает максимально допустимое значение ε_макс погрешности (значения второй преобразованной последовательности передаваемых выборок в различные моменты jT_о времени приведены в столбце 5 табл. 2).

Сформированные первую и вторую последовательности и передаваемых выборок подают соответственно со второго выхода формирователя 3 первой последовательностей передаваемых выборок и с выхода формирователя 4 второй последовательностей передаваемых выборок на входы первого и второго преобразователей 6 и 7 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 6 и 7 амплитуда/код получают первый и второй передаваемые цифровые сигналы S_1ц(t)= в виде последовательностей двоичных слов состоящих из 2n разрядов (значения символов двоичных слов сформированных передаваемых цифровых сигналов в различные моменты jT_о времени приведены соответственно в столбце 8 табл. 1 и в столбце 6 табл. 2).

Сформированные передаваемые цифровые сигналы подают с выходов первого и второго преобразователей 6 и 7 амплитуда/код на первый и второй входы канала 8 связи.

В процессе передачи цифровых сигналов по каналу 8 связи в результате воздействия нормального белого шума происходит искажение символов передаваемых двоичных слов и поэтому на выходе канала 7 связи могут возникать ошибки.

В качестве примера значения и нормальных белых шумов n₁(t) и n₂(t) при нулевом математическом ожидании и стандартном отклонении в различные моменты опроса приведены соответственно в столбце 9 табл. 1 и в столбце 7 табл. 2), а соответствующие значения искаженных символов двоичных слов принятых цифровых сигналов в различные моменты jT_о времени приведены в столбце 10 табл. 1 и в столбце 8 табл. 2.

На приемной стороне принимают полученные искаженные первый и второй цифровые сигналы после чего восстанавливают последовательность выборок первичного сигнала путем преобразования принятых из канала 8 связи искаженных цифровых сигналов Для этого выполняют следующие операции.

Полученные первый и второй искаженные цифровые сигналы и подают с первого и второго выходов канала 8 связи на входы соответственно первого и второго преобразователей 9 и 10 код/амплитуда.

С помощью первого и второго преобразователей 9 и 10 код/амплитуда осуществляют преобразование значений двоичных слов (см. столбцы 10 табл. 1 и 8 табл. 2) первого и второго принятых искаженных цифровых сигналов в значения принятых квантованных выборок (значения этих выборок в различные моменты jT_о времени приведены в столбце 11 табл. 1 и в столбце 9 табл. 2) соответственно первой и второй последовательностей принятых квантованных выборок.

Далее первую и вторую последовательности и принятых квантованных выборок подают с выходов первого и второго преобразователей 9 и 10 код/амплитуда соответственно на информационные входы первого и второго преобразователей 12 и 13 значений квантованных выборок.

На пороговый и опорный входы первого преобразователя 12 значений квантованных выборок с первого порогового и первого опорного выходов второго формирователя 11 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 первого преобразователя 12 значений квантованных выборок формируют последовательность S_Δ12*(t) принятых разностных выборок следующим образом:

если значение принятой квантованной выборки меньше значения (2²ⁿ/2) первого порогового сигнала, то значение принятой разностной выборки принимают равным квантованному значению частного от деления отрицательного значения этой принятой квантованной выборки на значение 2n седьмого опорного сигнала;

если значение принятой квантованной выборки больше значения (2²ⁿ/2) первого порогового сигнала, то значение принятой разностной выборки принимают равным квантованному значению частного от деления разности значения этой принятой квантованной выборки и значения (2^2п/2) первого порогового сигнала на значение 2n седьмого опорного сигнала (значения принятой разностной выборки в различные моменты опроса приведены в столбце 12 табл. 1).

Далее последовательность принятых разностных выборок с выхода первого преобразователя 12 значений квантованных выборок подают на первый информационный вход формирователя 14 восстановленных выборок.

На опорный вход второго преобразователя 13 значений квантованных 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 второго преобразователя 13 значений квантованных выборок формируют первую преобразованную последовательность S_1nм*(t) принятых выборок следующим образом:

значение принятой преобразованной выборки первой преобразованной последовательности принятых выборок принимают равным квантованному значению частного от деления значения квантованной выборки второй последовательности принятых квантованных выборок на значение (2ⁿ+1) восьмого опорного сигнала (значения принятой преобразованной выборки первой преобразованной последовательности в различные моменты опроса приведены в столбце 10 табл. 2).

Далее первую преобразованную последовательность S_1пм*(t) принятых выборок с выхода второго преобразователя 13 значений квантованных выборок подают на второй информационный вход формирователя 14 восстановленных выборок.

На пороговый вход формирователя 14 восстановленных выборок с второго порогового выхода второго формирователя 11 пороговых уровней подают второй пороговый сигнал с нулевым значением. На первый и второй опорные входы формирователя 14 восстановленных 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 формирователя 14 восстановленных выборок формируют восстановленную последовательность восстановленных выборок первичного сигнала путем преобразования значений последовательности принятых разностных выборок и первой преобразованной последовательности принятых выборок следующим образом:

если значение принятой разностной выборки больше нулевого значения второго порогового сигнала, то значение восстановленной выборки первичного сигнала принимают равным сумме усиленного в (2ⁿ-1) раз значения этой принятой разностной выборки и значения соответствующей принятой выборки первой преобразованной последовательности принятых выборок (соответствующие значения первого возможного варианта восстановленных выборок первичного сигнала приведены в столбце 11 табл. 2);

если значение принятой разностной выборки меньше нулевого значения второго порогового сигнала и это значение нечетное, то значение восстановленной выборки первичного сигнала принимают равным сумме усиленного в (2ⁿ-1) раз значения половины суммы значения (2ⁿ+1) второго опорного сигнала и значения этой принятой разностной выборки и значения соответствующей принятой выборки первой преобразованной последовательности принятых выборок (соответствующие значения второго возможного варианта восстановленных выборок первичного сигнала приведены в столбце 12 табл. 2);

если значение принятой разностной выборки меньше нулевого значения второго порогового сигнала и это значение четное, то значение восстановленной выборки первичного сигнала принимают равным сумме усиленного в (2ⁿ-1) раз значения суммы значения (2ⁿ+1) второго опорного сигнала и половины значения этой принятой разностной выборки и значения соответствующей принятой выборки первой преобразованной последовательности S_1пм*(t) принятых выборок (соответствующие значения третьего возможного варианта восстановленных выборок первичного сигнала приведены в столбце 13 табл. 2).

В формирователе 14 восстановленных выборок осуществляют проверку указанных выше условий для значений принятых разностных выборок и выбирают соответствующий из трех возможных вариантов или восстановленных выборок первичного сигнала. В результате на выходе формирователя 14 восстановленных выборок формируют восстановленную последовательность восстановленных выборок первичного сигнала (соответствующие значения восстановленных выборок первичного сигнала приведены в столбце 14 табл. 2).

Восстановленную последовательность восстановленных выборок первичного сигнала подают с выхода формирователя 14 восстановленных выборок на вход фильтра 15 нижних частот с частотой среза, равной половине частоты F_o опроса. С помощью фильтра 15 нижних частот восстанавливают первичный сигнал путем фильтрации восстановленной последовательности всстановленных выборок первичного сигнала.

Восстановленный первичный сигнал с выхода фильтра 15 нижних частот подают на вход получателя 16 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_n значений первичного сигнала и вероятности ошибки на бит в канале связи.

Например, в приведенном примере (см. табл. 1 и табл. 2) реализации заявленного способа цифровой передачи информации при значении динамического диапазона значений первичного сигнала (n=4) ошибки в словах принимаемых цифровых сигналов 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 отличия значений переданных цифровых слов (см. столбец 8 табл. 1 и столбец 6 табл. 2) и значений принятых искаженных цифровых слов (см. столбцы 10 табл. 1 и 8 табл. 2) в различные моменты jT_o времени таковы, что примерно соответствуют вероятности ошибки на бит Р_б=0,19 в канале связи.

Однако, значения восстановленных выборок (см. столбец 14 табл. 2) первичного сигнала на приемной стороне совпадают с соответствующими значениями 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.

Изобретение относится к телеметрии. 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 этого на передающей стороне формируют последовательность выборок первичного сигнала, формируют первую последовательность передаваемых выборок путем преобразования значений выборок первичного сигнала по модулям (2ⁿ-1) и (2ⁿ+1), формирования последовательности передаваемых разностных выборок, усиления в 2^n-1 раз их значений, суммирования их с значением 2^n-2 и преобразования значений усиленных передаваемых разностных выборок. На передающей стороне также формируют вторую последовательность передаваемых выборок. На приемной стороне принимают полученные первый и второй сигналы, преобразуют их в первую и вторую последовательности принятых квантованных выборок, которые преобразуют соответственно в последовательность принятых разностных выборок и в первую преобразованную последовательность принятых выборок, из которых формируют восстановленную последовательность восстановленных выборок первичного сигнала. Далее восстанавливают первичный сигнал. 1 ил., 2 табл.

Способ цифровой передачи информации, заключающийся в том, что на передающей стороне формируют первичный сигнал, шкала значений которого в 2²ⁿ раз превышает максимально допустимое значение погрешности, формируют первый передаваемый цифровой сигнал в виде последовательности кодовых слов, содержащих 2n двоичных символов, передают сформированный первый цифровой сигнал по каналу связи на приемную сторону, на приемной стороне принимают первый цифровой сигнал, преобразуют первый принятый цифровой сигнал в первую последовательность принятых квантованных выборок путем такого преобразования соответствующей последовательности кодовых слов первого принятого цифрового сигнала, что значение каждой выборки первой последовательности принятых квантованных выборок равно значению соответствующего кодового слова первого принятого цифрового сигнала, формируют последовательность восстановленных выборок первичного сигнала, восстанавливают первичный сигнал путем фильтрации последовательности восстановленных выборок первичного сигнала, отличающийся тем, что на передающей стороне первый передаваемый цифровой сигнал формируют следующим образом: формируют последовательность выборок первичного сигнала путем его дискретизации с выбранной частотой опроса, формируют первую последовательность передаваемых выборок, для чего преобразуют последовательность выборок первичного сигнала путем формирования первой преобразованной последовательности выборок путем преобразования значений выборок первичного сигнала по модулю (2ⁿ-1), формирования второй преобразованной последовательности выборок путем преобразования значений выборок первичного сигнала по модулю (2ⁿ+1), формирования последовательности передаваемых разностных выборок путем вычитания из значений преобразованных выборок первой преобразованной последовательности выборок соответствующих значений преобразованных выборок второй преобразованной последовательности выборок, усиления в 2^n-1 раз значений передаваемых разностных выборок и суммирования их с постоянным сигналом, значение которого в 2^n-2 раз превышает максимально допустимое значение погрешности, преобразования значений усиленных передаваемых разностных выборок следующим образом: если значение усиленной передаваемой разностной выборки больше нуля, то значение передаваемой выборки первой последовательности передаваемых выборок принимают равным сумме значения этой усиленной передаваемой разностной выборки и значения (2²ⁿ/2), если значение усиленной передаваемой разностной выборки меньше нуля, то значение передаваемой выборки первой последовательности передаваемых выборок принимают равным отрицательному значению этой усиленной передаваемой разностной выборки, после чего производят квантование значений передаваемых выборок первой последовательности передаваемых выборок на 2²ⁿ уровней и кодирование значений полученных квантованных выборок равномерным двоичным безизбыточным кодом, кроме того, формируют второй передаваемый цифровой сигнал в виде последовательности кодовых слов, содержащих 2n двоичных символов, следующим образом: формируют вторую последовательность передаваемых выборок путем усиления значений первой преобразованной последовательности передаваемых выборок в (2ⁿ+1) раз и суммирования с постоянным сигналом, значение которого в (2ⁿ-1)/2 раз превышает максимально допустимое значение погрешности, после чего производят квантование значений передаваемых выборок второй последовательности передаваемых выборок на 2²ⁿ уровней и кодирование значений полученных квантованных выборок равномерным двоичным безизбыточным кодом и передают сформированный второй цифровой сигнал по каналу связи на приемную сторону, при этом на приемной стороне формируют последовательность принятых разностных выборок следующим образом: если значение принятой квантованной выборки первой последовательности принятых квантованных выборок меньше значения (2²ⁿ/2), то значение принятой разностной выборки принимают равным квантованному значению частного от деления отрицательного значения этой принятой квантованной выборки на значение 2n, если значение принятой квантованной выборки первой последовательности принятых квантованных выборок больше значения (2²ⁿ/2), то значение принятой разностной выборки принимают равным квантованному значению частного от деления разности значения этой принятой квантованной выборки и значения (2²ⁿ/2) на значение 2n, кроме того, принимают второй цифровой сигнал и преобразуют его во вторую последовательность принятых квантованных выборок путем такого преобразования соответствующей последовательности кодовых слов второго принятого цифрового сигнала, что значение каждой выборки второй последовательности принятых квантованных выборок равно значению соответствующего кодового слова второго принятого цифрового сигнала, формируют первую преобразованную последовательность принятых выборок, значение каждой выборки которой принимают равным квантованному значению частного от деления значения квантованной выборки второй последовательности принятых квантованных выборок на значение (2ⁿ+1), после чего формирование последовательности восстановленных выборок первичного сигнала производят путем преобразования значений последовательности принятых разностных выборок и первой преобразованной последовательности принятых выборок следующим образом: если значение принятой разностной выборки больше нуля, то значение восстановленной выборки первичного сигнала принимают равным сумме усиленного в (2ⁿ-1) раз значения этой принятой разностной выборки и значения соответствующей принятой выборки первой преобразованной последовательности принятых выборок, если значение принятой разностной выборки меньше нуля и это значение нечетное, то значение восстановленной выборки первичного сигнала принимают равным сумме усиленного в (2ⁿ-1) раз значения половины суммы значения (2ⁿ+1) и значения этой принятой разностной выборки и значения соответствующей принятой выборки первой преобразованной последовательности принятых выборок, если значение принятой разностной выборки меньше нуля и это значение четное, то значение восстановленной выборки первичного сигнала принимают равным сумме усиленного в (2ⁿ-1) раз значения суммы значения (2ⁿ+1) и половины значения этой принятой разностной выборки и значения соответствующей принятой выборки первой преобразованной последовательности принятых выборок.