СПОСОБ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОЙ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ В КОРОТКОВОЛНОВЫХ СИСТЕМАХ СВЯЗИ Российский патент 2025 года по МПК G08C19/28 

Изобретение относится к системам передачи информации, искаженной при передаче помехами естественного и искусственного происхождения. Его использование позволяет повысить показатели скорости и достоверности передачи информации в многоканальной коротковолновой связи с замираниями на основе дополнительного помехоустойчивого кодирования данных и сообщений троичным кодом.

Известно ([1], Многоканальные системы передачи информации / Под ред. Н.Н. Баевой и В.Н. Гордиенко. - М.: Радио и связь, 1997. - 356 с.), что коротковолновый (KB) канал связи в диапазоне частот 1,5-30Мгц из-за эффекта ионосферного распространения радиоволн обладает уникальной возможностью обеспечения радиосвязи в условиях отсутствия прямой радиовидимости. Радиоволны КВ-диапазона, отражаясь от ионосферы, способны обеспечить передачу информации на расстояния нескольких тысяч километров при относительно небольшой мощности передатчика. КВ-радиосвязь обладает выраженной экономической целесообразностью.

Однако при этом присутствуют два существенных недостатка такого способа передачи: 1) межсимвольные искажения (МСИ) из-за суперпозиции в точке приема нескольких лучей принимаемых сигналов и 2) наличие большого числа посторонних помеховых излучений подобных систем. Также к недостаткам КВ-радиосвязи относятся: резкое затухание сигнала на трассе радиосвязи, различный характер замирания сигнала, зависимость качества связи от времени суток, года и состояния ионосферы, ограниченный ресурс используемого диапазона частот, а также низкие скорости передачи.

Известны различные способы противодействия отмеченным недостаткам. Одно из направлений борьбы с отмеченными недостатками заключается в использовании следующих изобретений: «Адаптивный компенсатор помех», патент RU №2282939, опубл. 27.08.2006 г. [2], и «Радиомодем», патент RU №2460215, опубл. 30.12.2010 г. [3]. Они ориентированы на технологии последовательной передачи данных по радиоканалу с замираниями и использовании при этом адаптивных корректоров, основу функционирования которых составляет периодическое оценивание характеристик состояния радиоканала путем его тестирования специально сформированной служебной последовательностью символов.

Общий их недостаток определяет используемая в патентах [2] и [3] технология последовательной передачи данных по радиоканалу с замираниями. В этом случае другие каналы КВ-связи подвергаются мониторингу их технического состояния, но не используются для передачи по ним актуальной информации. Такой режим работы не способствует устранению одного из основных недостатков КВ-связи, который связан с низкой скоростью передачи данных и сообщений.

На устранение последнего недостатка и повышения при этом эффективности борьбы с многолучевостью и межсимвольными искажениями (МСИ) при приеме КВ-сигналов используют параллельные 45-тиканальные радиомодемы типа АТ-24, АТ-25 и 90-тиканальный радиомодем AT-12 v2 [4]. Их отличительная особенность заключается в использовании кода Вагнера на основе схемы 3/2 (один проверочный двоичный символ (КС₂) на два предшествовавших информационных) (фиг. 3). По этой причине из общего числа распараллеленных радиоканалов передачи данных в радиомодемах типа АТ-24, АТ-25 информационную часть представляют 30 каналов, а 15 отводятся под передачу контрольных (проверочных) символов (КС₂) «Контроль четности бит». В 90-тиканальный радиомодеме AT-12 v2 их число увеличено в 2 раза (фиг. 3).

В параллельных модемах [3,4,5] используют поднесущие частоты, отличаются на Δf=1/τ_и, где τ_и - длительность символов «1» и «0» двоичного кода. В результате этого обеспечивают взаимную ортогональность субканалов на интервале информационной посылки (бита). Поэтому раздельный прием информации по субканалам осуществляют без использования субканальных фильтров, а на основе алгоритмов быстрого преобразования Фурье группового сигнала на приемной стороне.

Функциональные схемы реализации «Параллельных радиомодемов» [3,5], приведены на фиг. 1 и фиг. 2, соответственно. На них представлены модуляторы 1 сигналов, включающие в себя:

1₁ - блок преобразования информации (БПИ);

1₂ - блок синхронизации модулятора (БСМ);

1_3-1 - 1_3-M - М фазовых манипуляторов (ФМ);

1₄ - генератор сетки частот модема (ГСЧМ);

1₅ - сумматор;

1₆ - подмодулятор одной боковой полосы (ПОБП);

1₇ - генератор несущей частоты (ГНЧ).

При этом принципиальное отличие патента [5], функциональная схема которого приведена на фиг. 2, от его ближайшего аналога [3] заключается во введении в состав модулятора 1 генератора служебных символов модулятора (ГССМ) - 1₈. Он предназначен для формирования копий эталонных колебаний для соответствующих М адаптивных компенсаторов помех (АКП_М).

Однако недостаток технических решений, представленных в [3] и [5], заключен в том, что не используются способы помехоустойчивого кодирования передаваемой информации. Из-за этого они не обладают требуемыми показателями помехозащищенности.

Этот недостаток устранен в параллельных радиомодемах типа АТ-24, AT- 25 и AT-12 v2 [4]. В них для повышения помехозащищенности используют код Вагнера. Его основу составляют следующие последовательно выполняемые операции: 1) вначале с использованием переданного проверочного двоичного символа (КС₂) обнаруживают факт наличия ошибки в контролируемых им информационных каналах М_и; 2) при подтверждении наличия ошибок определяют номер (№) того информационного канала М_№: (М_№ с М_и), в котором показатели энергетики принятого сигнала характеризуются, как наименьшие, и производят инвертирование принятого в нем двоичного символа.

Но код Вагнера с точки зрения классической теории помехоустойчивого кодирования обладает тем недостатком, что связывает появление ошибки с определяемым минимумом энергетики принятого сигнала. А на самом деле ошибка может быть в другом, отличном от М_№ радиоканале передачи информации. Но, как показала практика его использования в КВ-связи на протяжении многих десятилетий, применение кода Вагнера в таком виде приводит к исправлению значительного количества ошибок передачи (от 60% до 70%). Поэтому он находит расширенное применение в существующей практике КВ-связи с использованием параллельных радиомодемов.

Но недостаток традиционного применения кода Вагнера в параллельных радиомодемах [4] заключен в неудовлетворительных показателях помехоустойчивости приема информации при воздействии на любую из поднесущих частот мощной узкополосной помехи. В этом случае подавляются сразу несколько ближайших поднесущих частот принимаемого группового сигнала и искажениям подвергаются не одиночные биты, а их группа. Тогда возможность исправления ошибок отсутствует. Из-за этого код Вагнера критикуют, признавая его несовершенным. Это один из примеров существующего конфликта интересов теоретиков помехоустойчивого кодирования и практиков его применения [6, С. 101-120].

Разработчики новых параллельных радиомодемов выход из этого положения видят в том, чтобы уменьшить число информационных каналов М_и до минимального значения, равного двум. Это приводит к схеме 3/2, которая реализована в параллельных модемах последнего поколения: 45-тиканальных радиомодемах типа АТ-24, АТ-25 и 90-тиканальных радиомодемах AT-12 v2 [4] (фиг. 3). При этом своеобразной платой за повышение работоспособности кода Вагнера становится относительное увеличение числа контрольных радиоканалов М_о, по отношению к информационным М_и. Но и при таком техническом решении может быть исправлена только одна ошибка в переданных двух информационных двоичных символах, что недостаточно для изменения отношения к коду Вагнера.

Сущностные характеристики предлагаемого изобретения заключаются в том, чтобы повысить эффективность использования кода Вагнера. Для этого необходимо от традиционно используемого двоичного кодирования перейти к более экономичному троичному коду.

Известны изобретения [7-10], которые посвящены разработке способов передачи информации с использованием логического сжатого помехоустойчивого рекуррентного троичного кода. Основу предлагаемого дополнительного кодирования составляют нелинейные операции перехода от натуральных двоичных кодов к троичному кодированию с дублирующими символами S_i(T_i), i=0,1,2. Им ставится в соответствие (↔) следующие двоичные кодовые конструкции: S₀(T₀) ↔ <11,00>₂, S₁(T₁) ↔ <10,001>₂ и S₂(T₂) ↔ <101>₂, где ломаные скобки<>₂ означают символы «1» и «0» исходного двоичного кода (фиг. 4(A)). Отличительные особенности такого способа кодирования заключаются в следующем:

- он обладает свойством рекуррентных кодов, так как последний двоичный символ, полученный при расшифровке предыдущего троичного символа, является одновременно и первым при расшифровке следующего троичного символа S_i(T_i), i=0,1,2, что показано на фиг. 4(A) (вверху) при условном разбиении потока принятых троичных символов на верхний (R₁) и нижний уровень R₂;

- обеспечена возможность одновременного получения в результате предлагаемого троичного кодирования двух видов дублирующей первичной импульсной модуляции, например, амплитудно-импульсной (АИМ-3) для представления символов S_i, и широтно-импульсной (ШИМ-3) при представлении символов T_i, i=0,1,2, чему посвящена иллюстрация, приведенная на фиг. 5;

- возможность реализации однозначного кодирования и декодирования данных появляется только в одном случае, когда передают символы троичного кода S₂(T₂) ↔ <101>₂ и двухзначного при передаче дублирующих символов S₀(T₀) ↔ <11,00>₂, S₁(T₁) ↔ <10,001>₂;

- объем передаваемых троичных символов S_i(T_i), i=0,1,2 сокращается в среднем в k=log₂3 ≈ 1,6 раза по сравнению со случаем передачи информации традиционным натуральным двоичным кодом;

- предлагаемый троичный код относится к классу самосинхронизирующихся, что связано с появлениям в передаваемой последовательности ШИМ-3 (фиг. 4(Б) и фиг. 5) длительностей импульсов, которые равны 1,5Т₀, при том, что Т₀ - это длительность единичных символов «1» и «0» исходного двоичного кода (это означает, что при восстановлении при приеме информации тактовой синхронизации частота стробирующих импульсов, совпадающих в центрами передаваемых импульсов «1» и «0» двоичного кода увеличивается в 2 раза).

Эффект самосинхронизации передаваемых символов троичного кода продемонстрирован на иллюстрации, представленной на фиг. 4(Б). На ней вверху представлена в импульсной форме последовательность передаваемых бит исходного двоичного кода. Под ней внизу на фиг. 4(Б) представлена в импульсной форме последовательность передаваемых троичных символов T_i, i=0,1,2. Из сравнения их границ следует, что появляются при восстановлении тактовых импульсов те составляющие, которые по времени приходятся на середину импульсов бит.

Основная направленность предлагаемого способа заключается в том, чтобы повысить эффективность использования кода Вагнера. Одна из таких возможностей заключается в замене перед применением схема Вагнера исходного двоичного кода на предлагаемое троичное кодирование. Оно в самом общем представлении [11] предполагает, как было отмечено ранее, одновременное получение на уровне модуляции следующих двух видов импульсных сигналов: АИМ-3 для представления символов S_i (фиг. 5) и широтно-импульсной модуляции (ШИМ-3) при представлении символов T_i, i=0,1,2 (фиг. 4(Б) и фиг. 5).

Но в изобретениях [7-10] в качестве первичной базовой импульсной модуляции используют только импульсную модуляцию ШИМ-3 (фиг. 4(Б)). Но при всех полученных при этом преимуществах есть один существенный недостаток. Он связан с изменением длительности символов Т_i, i=0,1,2: Т₀, T₁=1,5Т₀ и Т₂=2Т₀, где Т₀ представляет собой длительность одного бита исходного двоичного кода, в то время, как приемники существующих систем цифровой связи ориентированы только на одно и то же значение длительности бит (Т₀). При использовании импульсной модуляции ШИМ-3 его можно устранить, используя в качестве замещающих кодовых конструкций («чипов») биты с длительностью 0,5Т₀. Эта дополнительная операция, суть которой поясняет импульсная форма передаваемых сигналов троичного кода с ШИМ-3: Т₀, T₁=1,5Т₀ и Т₂=2Т₀, заполненная битами, приведенная на фиг. 6(A), сопровождается расширением спектра. В этом смысле она подобна известным принципам перехода от узкополосной связи к широкополосной [12] при минимальном базисе Б «чипов», равном Б=2. Для сравнения при организации широкополосной связи, когда длительности бит исходного двоичного кода заполняют «чипами» в виде кодом Баркера с длиной N=13, базис Б_Б=N=13 [9,10,12].

Преимущество такого представления передаваемых данных заключается в следующем:

- применение троичного кода с символами Т_i, i=0,1,2 оказывается замаскированным, благодаря чему повышается показатель скрытности передачи информации;

- появляется двойная избыточность передаваемых двоичных символов, благодаря чему исключается возможность появления двоичных кодовых конструкций, которая связана с запрещенными с переходами от одиночных символов «1» и «0» двоичного кода, выполняемыми больше 2 раз, в результате чего обеспечивается дополнительная возможность обнаружения и исправления ошибок передачи;

- используется самый помехоустойчивый вид вторичной модуляции сигналов, которым является фазовая манипуляция (ФМ-2);

- при обратном переходе от троичного кода, представленного символами S_i(T_i), i=0,1,2, к исходному двоичному кодированию, необходимо устранить свойство рекуррентности предлагаемого троичного кода путем объединения двух следующих подряд дублирующих бит, появляющихся на границах изменения импульсных сигналов ШИМ-3, в один соответствующий им двоичный символ, как это показано на иллюстрации, приведенной на фиг. 6(Б). Только после этого получают восстановленную последовательность бит исходных данных или сообщений.

При этом недостаток такого дополнительного превращения троичного кода, получаемого при первичной импульсной модуляции ШИМ-3 в двоичный с уменьшенной в 2 раза длительностью исходных бит, которыми закодирована передаваемая информация, заключается в двойной избыточности передаваемых символов. В результате этого фактическая скорость передачи информации также будет уменьшена в 2 раза по сравнению с традиционно используемыми способами передачи данных. Эффективность применения кода Вагнера в этом случае останется прежней, если формируемые контрольные (проверочные) символы (КС₂) также будут представлены символами «1» и «0» двоичного кода.

Сущностные характеристики изобретения заключаются в том, что при предлагаемом троичном кодировании и использовании кода Вагнера формируемые контрольные (проверочные) символы (КС₃) также будут троичными символы S_i(T_i), i=0,1,2. В этом случае и результаты первичной импульсной их модуляции в виде АИМ-3 или ШИМ-3 на этапе вторичной модуляции представляют М-позиционной сигнально-кодовой конструкцией (СиКК). Ее принципиальное отличие заключается в том, что М=3, а не М=2^k, где k=1,2,3,4,…, как это принято в существующих системах передачи данных. При использовании символов S_i, i=0,1,2 и, соответственно, модуляции в виде АИМ-3, используемой для отображения на плоскости СиКК систем передачи информации с использованием квадратурной модуляцией (IQ), где I - синфазная составляющая, a Q - квадратурная составляющая (фиг. 6(B)), символы S_i, i=0,1,2 предлагаемого троичного кода при их равномерном размещении удалены друг от друга на 120°.

Кроме того, сущностные характеристики предлагаемого изобретения заключаются в том, что для повышения эффективности применения предлагаемого троичного кода S_i(T_i), i=0,1,2, исходную последовательность бит, которой представлена передаваемая информации, подвергают рандомизации так, как это показано на фиг. 7. Ее суть заключается в том, что каждый четвертый засинхронизированный с использованием сигналов синхронизации бит (фиг. 7(А,Б)) подвергают инвертированию фиг. 7(B). И только после этого производят преобразование полученного после рандомизации двоичного кодирования передаваемой информации в предлагаемый троичный код. На фиг. 7(А^*) повторена та же последовательность номеров бит, что была и ранее (фиг. 7(A)). А на фиг. 7(Г) и фиг. 7(Д) представлены для сравнения результаты перекодирования в предлагаемый троичный код исходной (фиг. 7(Б)) и рандомизированной (фиг. 7(B)) последовательности бит, соответственно. Данные сравнения показывают, что после операции рандомизации бит число символов троичного кода S_i(T_i), i=0,1,2, посредством которых был передан тот же исходный объем информации, уменьшилось с 15 до 13. Следовательно, и показатели эффективности от применения рандомизации бит повысились по сравнению с тем, что было ранее.

На фиг. 8 приведены результаты сравнения основных показателей эффективности систем передачи данных при использовании существующих способов модуляции сигналов: ФМ2 (BPSK), ФМ4 (QPSK), ФМ8 (8-PSK) (последние два вида при применении квадратурной модуляции) и предлагаемого троичного кода (ТК). Из представленного сравнения следует, что предлагаемый троичный код превосходит ФМ4 (QPSK) по таким показателям, как минимальная полоса частот (Δf_m), скорость модуляции и эффективность использования ширины полосы пропускания В (Бит/Герц) в 1,5 раза.

На фиг. 9 представлены результаты экспериментальной проверки преимуществ предлагаемого троичного кода в части повышения скорости передачи информации при неизменных других показателях эффективности систем передачи информации. Из представленных данных следует, что по минимуму скорость передачи информации при использовании символов S_i, i=0,1,2 и способе модуляции ФМ-3 (фиг. 6(B)) повышают в 1,3 раза.

Также при этом появляется возможность существенного повышения эффективности применения кода Вагнера. Отличие проявляется только в том, что и проверочный символ «Контроль четности бит» (КС₂), который до этого представлялся битом, также должен стать троичным S_i, i=0,1,2 (КС₃).

Предлагается способ его формирования на основе сравнения исходных двух информационных символов в параллельных радиомодемах [4]. Ранее сравнения были по модулю 2 (mod 2), а в предлагаемом изобретении они должны быть по модулю 3 (mod 3). При этом в дальнейшем для упрощения математической записи для представления троичных символов S_i(T_i), i=0,1,2 будут использованы их индексы i. В этом случае последовательность троичных информационных символов:

воспринимают, как последовательность их индексов:

Правило формирования третьего проверочного символа троичного кода (КС₃) заключается в том, что последовательность (2) рассматривается как двузначные десятичные числа (принятое обозначение<*>₁₀):

Для получения третьего проверочного (контрольного) троичного символа S_i(T_i), i=0,1,2 при ориентации на схему кода Вагнера 3/2 (фиг. 9, фиг. 10) необходимо определить остатки от деления двузначных чисел (3), представленных в 10-ричной системе счисления, обозначенной ломанным скобками<>₁₀, на модуль сравнения троичной системы счисления m (m=3).

В результате этого получаем следующую последовательность проверочного (контрольного) троичного символа S_i(T_i), i=0,1,2 при ориентации на схему кода Вагнера 3/2 (фиг. 9):

Это правило формирования проверочных (контрольных) троичных символов (КС₃) представлено на фиг. 9 и на фиг. 10.

О том, что такое правило формирования (КС₃) является оптимальным, свидетельствует количество полученных одноименных троичных символов 0, 1 и 2. Их число также равно модулю сравнения 3: (mod 3) (фиг. 9 и фиг. 10).

На приемной стороне алгоритм применения кода Вагнера остается прежним:

1) на основе отсутствия совпадения переданного проверочного (контрольного) троичного символа (КС₃) с его значением, восстановленным на приемной стороне, определяют наличие ошибки в предшествующих ему двух информационных троичных символах;

2) для определения того радиоканала, в котором произошла ошибка используют в качестве критерия минимум энергетики принимаемого сигнала.

Но на этом сходство прежнего кода Вагнера и предлагаемой его модернизированной версии заканчивается. В новой версии применения кода Баркера, ориентированной на использование предлагаемого троичного кода, введенный контрольный (проверочный) троичный символ (КС₃) обладает большей способностью к обнаружению ошибок передачи по сравнению со своим ранее использовавшимся аналогом - двоичным проверочным символом (КС₂). Новые его возможности показывают результаты проведенного моделирования.

В качестве примера взять последовательность индексов (i) сформированного потока троичных символов S_i(T_i):

то будет передан следующий закодированный их поток:

При этом в скобках () представлены проверочные троичные символы (ПС_3i), сформированные на передающей стороне и передаваемые по служебным радиоканалам параллельного радиомодема.

Проверим, как это все будет работать при передаче по каналам связи с ошибками. Правило обнаружения и коррекции ошибок оставим таким же, как при использовании кода Вагнера в случае традиционного двоичного кодирования:

1) проверочный символ не искажается помехой;

2) при несовпадении контрольной суммы исправлению подвергают информационный символ, переданный по каналу связи, который отличался минимальной мощностью входного сигнала.

Предположим, что при передаче по каналу связи произошли следующие ошибки, помеченные знаком *:

Операции анализа, обнаружения и исправления ошибок передачи заключаются в следующем.

Первая (i=1) кодовая конструкция KK₃₁: 21^*(2). В соответствии с правилом кодирования контрольный (проверочный) троичный символ КС₃₁ - это «0», а при передаче он представлен троичным символом «2». Следовательно, присутствует ошибка. Проверочный троичный символ КС₃₁ «2» мог быть только при следующих KK₃₁: 11, 02 и 20. Далее используем принцип обнаружения ошибки, составляющий основу кода Вагнера: минимум мощности входного сигнала (Р→ min) был во втором информационном канале. Но по сравнению с традиционным вариантом, предусматривающим передачу информации двоичным кодом, при новом троичном кодировании передаваемых данных есть два варианта исправления ошибки: «20» и «22». Но троичная кодовая конструкция «22» не подходит, так как у нее контрольный символ «1» не соответствует принятому «2». Значит исправленная (KK₃₁) представляет собой троичную кодовую конструкцию «20». Ошибка устранена.

Следующая вторая (i=2) кодовая конструкция КК₃₂: 1 ^* 1(1). Переданный контрольный троичный символ КС₃₂- «1», а восстановленный КС₃₂^* по результатам приема двух информационных символов равен: «2». Различие КК₃₂ и КК₃₂^* свидетельствует о том, что при передаче появилась ошибка. Вся существующая теория помехоустойчивого кодирования построена на предположении, что проверочные (контрольные) символы приняты верно. Это же правило распространим и на предлагаемое кодирование передаваемой информации троичным кодом. Отличие заключается только в том, что ранее контрольными символами были биты, а в предлагаемом изобретении - это символы троичного кода (КС₃₂), представленные индексами (i): «0», «1» и «2». Тогда принятому КС₃₂, принимающему значение «1» на основе данных таблицы, приведенных на фиг. 10, соответствуют следующие три варианта переданных троичных информационных символов: «01», «10» и «22». Но минимальное значение мощности наблюдалось в первом информационном радиоканале. Следовательно, второй информационный троичный символ «1» в соответствии с кодом Вагнера следует считать достоверным (принятым верно). Тогда переданные два информационных троичных символа представлены кодовой конструкцией «01». Ошибка исправлена.

Не сложно заметить, что также будут обнаружены, исправлены и все другие ошибки передачи.

После рассмотренного выше первого этапа обнаружения и исправления ошибок появляется возможность перехода к следующему иерархическому уровню контроля целостности и достоверности полученной информации. Его суть заключается в том, что между двумя соседними троичными символами «2» должно быть четное число символов «1».

Рассмотрим восстановленную после первой коррекции ошибок последовательность троичных символов:

где подчеркиванием и выделением «жирным» шрифтом обозначены выделенные конструкции, каждая из которых начинается и заканчивается троичным символов «2».

1. В первой из выделенных групп КК_3i: «200110002» - это правило выполняется.

2. Во второй из выделенных групп КК_3i: «202» оно также соблюдается, так как между соседними троичными символами «2» есть символ «0», но нет символов «1».

3. Третья «2112», четвертая «220112» и пятая группы «2112» также проходят тест на проверку целостность и достоверности принятой информации.

Проведенных экспериментов с обнаружением и исправлением ошибки на основе кода Вагнера достаточно для утверждения о том, что при использовании предлагаемого троичного кодирования и введенного проверочного символа в схеме (3/2) параллельного радиомодема выполняются все условия, которые необходимы для применения кода Вагнера.

Однако полученный при этом выигрыш, по сравнению с существующей практикой применения двоичного кода Вагнера, заключается в том, что при использовании замещающего троичного кодирования будет исправлена не одиночная битовая ошибка, а их группа, состоящая из двух и трех символов двоичного кода в соответствии с правилом кодирования: S₀ ↔ <11,00>₂; S₁ ↔ <10,001>₂ и S₂ ↔ <101>₂.

Сущностные характеристики предлагаемого изобретения заключаются в следующем.

1. Переход от двоичного кода к предлагаемому замещающему троичному кодированию с дублирующими символами S_i(T_i), i=0,1,2, приводит к появлению множества новых эффектов, способствующих повышению эффективности разрабатываемых и существующих систем связи. Преимущества проявляются в возможности синтаксического сжатия и повышения на этой основе информационной нагруженности каждого из передаваемых символов. В результате этого, как минимум в 1,3 раза повышается скорость передачи информации (фиг. 9).

2. Использование троичных контрольных (проверочных) символов позволяет модернизировать существующее помехоустойчивое кодирование передаваемой информации.

3. Показано на примере кода Вагнера, что предлагаемое кодирование оставляет без существенных изменений те принципы обнаружения и исправления ошибок передачи, которые уже давно используются в модернизированных системах КВ-связи. Все остается таким, как и было: обнаруживается и исправляется одна ошибка в передаваемых информационных сообщениях. Но при предлагаемом троичном кодировании исправление одного символа S_i(T_i), i=0,1,2, означает, что будет скорректирована группа, состоящая из двух и трех бит.

На фиг. 10 представлена структурная схема системы, реализующей предлагаемый способ, на которой использованы следующие обозначения: синхронизатор 1 бит, рандомизатор 2 исходной двоичной последовательности бит, преобразователь 3 двоичного кода в троичный, формирователь 4 контрольного проверочного троичного символа, модулятор 5 параллельных радиоканалов (субканалов), каналы передачи 6 параллельного радиомодема КВ-связи, приемник 7 сигналов, переданных по параллельным субканалам, корректор 8 троичных символов, декодер 9 троичного кода, дерандомизатор 10 бит, блок 11 контроля целостности и достоверности принятой информации.

Функционирование системы, реализующей способ, заключается в следующем. На вход 12 поступает последовательность бит передаваемой информации. Начало их отсчета определяется сигналами синхронизации кадров, циклов или пакетов передаваемой информации. В синхронизаторе 1 определяют каждый четвертый бит и подают команду в рандомизатор 2 на проведение операции его инвертирования. Затем рандомизированную подобным способом последовательность бит 12 в преобразователе 3 замещают троичным кодом на основе соответствия (1) с учетом принятого правила рекуррентности, которое в иллюстративной форме представлено на фиг. 4(A). Суть принятого правила заключается в следующем. Перевод двоичного кода в очередной троичный осуществляют, принимая во внимание необходимость повторения последнего двоичного символа «1» или «О», на который распространяется действие предыдущего троичного символа S_i(T_i), i=0,1,2. В результате этого предыдущие и последующие дублирующие символы троичного кода S_i(T_i), i=0,1,2, оказываются связанными между собой повторяющимся символом «1» или «0» двоичного кода (фиг. 4(A)). Затем в формирователе 4 последовательность сформированного троичного кода представляют, как состоящую из групп, каждая из которых представлена двумя соседними символами S_i(T_i) и S_i+1(T_i+1), i=0,1,2. В формирователе 4 для выделенных групп (по два информационных символа S_i(T_i) в каждой) определяют контрольный (проверочный) троичный символ (КС_3i) ^на основе следующих сравнений:

В результате этого сформированная последовательность троичных информационных символов (вход 15 формирователя 4), представленная, например, в виде следующей последовательности:

будет дополнена контрольными (проверочными) символами (выход 16 формирователя 4), которые для наглядности заключены в скобки ():

Эту последовательность, дополненную контрольными (проверочными) символами, подают на вход модулятора 5 параллельного радиомодема, на выходе 16 которого формируют М_и информационных субканалов передачи информации и М_д =1/2 М_и дополнительных радиоканалов, предназначенных для передачи контрольных (проверочных) троичных символов (КС_3i). Всего таких субканалов k: (k = (М_и + М_д)) (фиг. 10, выход 17 модулятора 5), использующих различные значения поднесущих частот. При этом используют 3-позиционную фазовую модуляцию (фиг. 6(B)), при которой передачу троичных символов S_i, i=0,1,2 отображают изменением фазы соответствующей поднесущей частоты сигнала на 120° (фиг. 10, выход 17 модулятора 5).

Передача информации в КВ-связи сопровождается искажениям в виде замираний мощности Р принимаемых сигналов и появления ошибок приема символов кода, которым закодирована передаваемая информация (фиг. 10, вход 18 приемника сигналов 5). В приемнике 5 осуществляют фазовую 3-позиционную демодуляцию, в результате чего восстанавливают копию переданных троичных символов S_i, обозначенных при принятом сокращенном обозначении индексами i=0,1,2 (выход 19 приемника сигналов 5). Далее они поступают на соответствующий вход корректора 8 троичных символов, на второй (20) вход которого подают измеренные значения мощности Р сигнала, принимаемого в параллельных субканалах. Эти используют для определения номера информационного субканала с минимальным значением мощности сигнала P_min, в котором в соответствии с правилом кода Вагнера была обнаружена ошибка при приеме соответствующего троичного символа. Ее исправляют, используя в качестве эталона значение принятого контрольного троичного символа (КС_3i). Поток исправленных троичных информационных символов (фиг. 10, выход 21) подают в декодер 9 троичного кода, в котором восстанавливают копию исходного двоичного кода, которым первоначально была представлена передаваемая информация. Одновременно выделяют из потока данных, представленных троичным кодом, символы S₂, сокращенно обозначаемые, как «2», и контроля четности символов S₁, сокращенно обозначаемых, как «1», заключенных между ними, получают соответствующие оценки в блоке 11 контроля целостности и достоверности принятой информации, которые формируют на выходе 25. При этом устраняют избыточность восстановленных двоичных символов «1» и «0», объединяя в единый символ отдельные дублирующие (одноименные) биты, в результате чего формируют копии рандомизированной на передающей стороне последовательность двоичного кода (фиг. 10, выход 22). В дерандомизаторе 10 каждый четвертый бит рандомизированной на передающей стороне последовательности двоичного кода (фиг. 10, выход 22) инвертируют, в результате чего восстанавливают переданную информацию, представленную в традиционном двоичном коде.

Приведенное описание позволяет сформулировать формулу изобретения.

Способ помехоустойчивой передачи информации в коротковолновых системах связи, ориентированный на использование параллельных радиомодемов, использующих для передачи М радиоканалов с различными поднесущими частотами передаваемых сигналов и кодов Вагнера, при котором на передающей стороне к выделенным из информационной кодовой последовательности двум соседним передаваемым символам кода добавляют третий контрольный символ «Контроль четности бит», а на приемной стороне осуществляют контроль наличия ошибок передачи информации на основе сравнений переданного по выделенному радиоканалу и восстановленного на основе приема двух контролируемых информационных символов проверочного символа «Контроль четности бит», при их несовпадении принимают решение о наличии одиночной ошибки передачи информации, при этом ее исправление осуществляют на основе определения того информационного субканала, в котором в данный момент времени было зафиксировано минимальное значение мощности принимаемого символа, отличающийся тем, что исходную информационную последовательность бит вначале подвергают операции рандомизации путем инвертирования каждого четвертого двоичного символа «1» или «0», после чего рандомизированный поток бит перекодируют в замещающий сжатый помехоустойчивый троичный код на основе следующих соответствий: S₂↔<101>₂ и S₀↔<11,00>₂, S₁↔<10,001>₂, где <>₂ обозначает кодовые конструкции, состоящие из двух и трех бит двоичного кода, новая последовательность введенных троичных символов S₀, S₁ и S₂ предлагаемого замещающего кода характеризуется тем, что предыдущие из них при расшифровке заканчиваются, а очередные - начинаются с одного и того же повторяющегося символа «1» или «0» двоичного кода, в результате чего обеспечивают при их приеме контроль целостности передаваемого потока троичных символов S₀, S₁ и S₂ предлагаемого замещающего кода, затем передачу потока троичных символов S₀, S₁ и S₂ осуществляют по радиоканалам параллельного радиомодема, для чего по отношению к каждой паре троичных информационных символов добавляют контрольный символ троичного кода, который также может принимать три значения S_i, i=0, 1, 2, сокращенно представленные их индексами i=0, 1, 2: S₀↔«0», S₁↔«1» и S₂↔«2», при этом контрольный символ троичного кода (КС_3i) определяют на основе следующих сравнений: 00, 12, 21, 01, 10, 22, 02, 20, 11≡0, 0, 0, 1, 1, 1, 2, 2, 2 (mod 3), где слева от знака сравнения (≡) представлены все возможные кодовые конструкции, состоящие из двух троичных символов, каждая из которых воспринимается как двузначное десятичное число, а после знака сравнения (≡) приведены соответствующие им контрольные символы троичного кода (КС_3i), которые являются остатками, полученными в результате арифметического деления последовательности двузначных десятичных чисел, стоящих слева от знака сравнения (≡), на число 3, которое является модулем сравнения, что обозначено как (mod 3), при этом для передачи сформированного потока троичных символов используют 3-позиционную фазовую модуляцию передаваемых по параллельным радиоканалам поднесущих частот, с разнесением по фазе на 120°: S₂↔«2»→0°, S₁↔«1»→120° и S₀↔«0»→120°, на приемной стороне осуществляют фазовую демодуляцию поднесущих частот параллельных радиоканалов, в результате которой восстанавливают переданные символы троичного кода: «2», «1» и «0», осуществляют контроль ошибок передачи информации на основе сравнений контрольного троичного символа, переданного по выделенному радиоканалу, и восстановленной его копии, полученной на основе приема двух контролируемых троичных информационных символов, при их различии используют результаты текущего контроля энергетики принятых двух контролируемых троичных информационных символов, ошибку исправляют в том параллельном радиоканале, в котором отношение сигнал/помеха было наименьшим, при этом существуют два варианта замены, из которых выбирают тот троичный информационный символ, при котором переданный и вычисленный при приеме контрольные троичные символы совпадают, осуществляют контроль наличия оставшихся ошибок передачи на основе правила, согласно которому между двумя соседними троичными символами: S_2i и S_2(i+1) должно быть только четное число троичных символов S₁, помечают те восстановленные кодовые троичные группы, в которых это правило не выполняется, для последующего анализа и принятий решений по восстановлению показателя целостности передаваемой информации, устраняют избыточность восстановленных двоичных символов «1» и «0», объединяя в единый символ отдельные дублирующие биты, в результате чего формируют копии рандомизированной на передающей стороне последовательности двоичного кода, осуществляют дерандомизацию восстановленного потока бит путем инвертирования каждого четвертого двоичного символа в формируемом синхронном потоке бит, в результате чего получают исходное кодовое представление переданной информации.

В результате при использовании предлагаемого изобретения внешний вид, определяемый аппаратными модулями параллельного радиомодема, остался прежним, но его потенциальные возможности в результате реализации изобретения стали принципиально другими - более высокими.

Перспектива развития беспроводных каналов связи в развитых странах связана с реализацией концепции США под названием «Программируемое радио». Она предполагает достижение качественно новых результатов за счет программирования и перепрограммирования радиотехнических систем, использующих современную программируемую элементную базу в виде программируемых логических интегральных схем (ПЛИС), контроллеров и микропроцессоров.

Но для реализации этой идеи необходима, прежде всего, разработка прикладных математических методов и способов их реализации. На решение этой задачи направлен предлагаемый способ.

Таким образом, сущностные характеристики предлагаемого способа заключаются в следующем:

1) его замысел наиболее полно отвечает концепции «Программно-определяемого радио»: в нем реализуется продуманная, в том числе и на основе ранее полученных патентов [9,10], система обновления телекоммуникационных средств за счет разработки прикладных математических методов высокого уровня, обеспечивающих развитие прикладных направлений современной дискретной математики и теории конечных полей Э. Галуа;

2) от известных аналогов предлагаемый способ отличается тем, что, повышая скорость передачи данных и защищенность передаваемой информации, не ухудшают другие показатели эффективности существующих радиомодемов.

Источники информации

1. Многоканальные системы передачи информации / под ред. Н.Н. Баевой и В.Н. Гордиенко. - М.: Радио и связь, 1997. - 356 с.

2. Адаптивный компенсатор помех», патент RU №2282939, опубл. 27.08.2006 г.

3. Радиомодем, патент RU №2460215, опубл. 30.12.2010 г.

4. Параллельные радиомодемы типа АТ-24, АТ-25 и AT-12 v2.

5. Параллельный радиомодем, патент RU на полезную модель №172898, опубл. 31.07.2017 г., бюл. №22.

6. В.И. Комашинский, А.В. Максимов Системы подвижной радиосвязи с пакетной передаче информации, - М.: Горячая линия - Телеком, 2007. - 176 с.

7. Кукушкин С.С. Способ передачи информации и устройство для его осуществления (Патент RU №2480840, опубл. 25.04.2013, бюл. №21).

8. Кукушкин С.С. Способ передачи информации и система для его осуществления (Патент RU №2581774, опубл. 20.04.2016, бюл. №11).

9. Кукушкин С.С, Есаулов С.К., Светлов Г.В. Способ передачи информации с использованием замещающего логического троичного помехоустойчивого кода (Патент RU №2724794, опубл. 25.06.2020, бюл. №17).

10. Кукушкин С.С, Новиков А.Н., Галаган СВ., Рубан Д.А., Кукушкин Л.С. Способ передачи информации с использованием замещающего логического троичного помехоустойчивого кода (Патент RU №2735419, опубл. 02.11.2020, бюл. №21).

Изобретение относится к системам телекоммуникации. Технический результат состоит в повышении показателей помехозащищенности без введения структурной избыточности и в обнаружении ошибок. Для этого предложен способ помехоустойчивой передачи информации, при котором исходную последовательность бит подвергают операции рандомизации, после чего поток бит перекодируют в замещающий сжатый помехоустойчивый троичный код и обеспечивают при их приеме контроль целостности потока, затем передачу потока осуществляют по радиоканалам параллельного радиомодема, на приемной стороне осуществляют фазовую демодуляцию, осуществляют контроль ошибок на основе сравнений контрольного троичного символа, переданного по выделенному радиоканалу, и восстановленной его копии, при их различии используют результаты текущего контроля энергетики принятых двух контролируемых символов, ошибку исправляют в том радиоканале, в котором отношение сигнал/помеха было наименьшим, устраняют избыточность, в результате чего формируют копии рандомизированной последовательности двоичного кода, осуществляют дерандомизацию, в результате чего получают исходное кодовое представление переданной информации. 10 ил.

Способ помехоустойчивой передачи информации в коротковолновых системах связи, ориентированный на использование параллельных радиомодемов, использующих для передачи М радиоканалов с различными поднесущими частотами передаваемых сигналов и кодов Вагнера, при котором на передающей стороне к выделенным из информационной кодовой последовательности двум соседним передаваемым символам кода добавляют третий контрольный символ «Контроль четности бит», а на приемной стороне осуществляют контроль наличия ошибок передачи информации на основе сравнений переданного по выделенному радиоканалу и восстановленного на основе приема двух контролируемых информационных символов проверочного символа «Контроль четности бит», при их несовпадении принимают решение о наличии одиночной ошибки передачи информации, при этом ее исправление осуществляют на основе определения того информационного субканала, в котором в данный момент времени было зафиксировано минимальное значение мощности принимаемого символа, отличающийся тем, что исходную информационную последовательность бит вначале подвергают операции рандомизации путем инвертирования каждого четвертого двоичного символа «1» или «0», после чего рандомизированный поток бит перекодируют в замещающий сжатый помехоустойчивый троичный код на основе следующих соответствий: S₂↔<101>₂ и S₀↔<11,00>₂, S₁↔<10,001>₂, где <>₂ - обозначает кодовые конструкции, состоящие из двух и трех бит двоичного кода, новая последовательность введенных троичных символов S₀, S₁ и S₂ предлагаемого замещающего кода характеризуется тем, что предыдущие из них при расшифровке заканчиваются, а очередные - начинаются с одного и того же повторяющегося символа «1» или «0» двоичного кода, в результате чего обеспечивают при их приеме контроль целостности передаваемого потока троичных символов S₀, S₁ и S₂ предлагаемого замещающего кода, затем передачу потока троичных символов S₀, S₁ и S₂ осуществляют по радиоканалам параллельного радиомодема, для чего по отношению к каждой паре троичных информационных символов добавляют контрольный символ троичного кода, который так же может принимать три значения S_i, i=0, 1, 2, сокращенно представленные их индексами i=0, 1, 2: S₀↔«0», S₁↔«1» и S₂↔«2», при этом контрольный символ троичного кода (КС_3i) определяют на основе следующих сравнений: 00, 12, 21, 01, 10, 22, 02, 20, 11≡0, 0, 0, 1, 1, 1, 2, 2, 2 (mod 3), где слева от знака сравнения (≡) представлены все возможные кодовые конструкции, состоящие из двух троичных символов, каждая из которых воспринимается как двузначное десятичное число, а после знака сравнения (≡) приведены соответствующие им контрольные символы троичного кода (КС_3i), которые являются остатками, полученными в результате арифметического деления последовательности двузначных десятичных чисел, стоящих слева от знака сравнения (≡), на число 3, которое является модулем сравнения, что обозначено как (mod 3), при этом для передачи сформированного потока троичных символов используют 3-позиционную фазовую модуляцию передаваемых по параллельным радиоканалам поднесущих частот, с разнесением по фазе на 120°: S₂↔«2»→0°, S₁↔«1»→120° и S₀↔«0»→120°, на приемной стороне осуществляют фазовую демодуляцию поднесущих частот параллельных радиоканалов, в результате которой восстанавливают переданные символы троичного кода: «2», «1» и «0», осуществляют контроль ошибок передачи информации на основе сравнений контрольного троичного символа, переданного по выделенному радиоканалу, и восстановленной его копии, полученной на основе приема двух контролируемых троичных информационных символов, при их различии используют результаты текущего контроля энергетики принятых двух контролируемых троичных информационных символов, ошибку исправляют в том параллельном радиоканале, в котором отношение сигнал/помеха было наименьшим, при этом существуют два варианта замены, из которых выбирают тот троичный информационный символ, при котором переданный и вычисленный при приеме контрольные троичные символы совпадают, осуществляют контроль наличия оставшихся ошибок передачи на основе правила, согласно которому между двумя соседними троичными символами: S_2i и S_2(i+1) должно быть только четное число троичных символов S₁, помечают те восстановленные кодовые троичные группы, в которых это правило не выполняется, для последующего анализа и принятий решений по восстановлению показателя целостности передаваемой информации, устраняют избыточность восстановленных двоичных символов «1» и «0», объединяя в единый символ отдельные дублирующие биты, в результате чего формируют копии рандомизированной на передающей стороне последовательности двоичного кода, осуществляют дерандомизацию восстановленного потока бит путем инвертирования каждого четвертого двоичного символа в формируемом синхронном потоке бит, в результате чего получают исходное кодовое представление переданной информации.