СПОСОБ ДИСКРЕТНОЙ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ

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

Известен способ дискретной передачи информации, заключающийся в том, что на передающей стороне формируют первичный сигнал, шкала значений которого в 2²ⁿ раз превышает максимально допустимое значение ε_макс погрешности, формируют последовательность выборок первичного сигнала путем его дискретизации с выбранной частотой опроса, передают сформированную последовательность выборок по каналу связи на приемную сторону, на приемной стороне принимают полученную последовательность выборок, восстанавливают первичный сигнал путем фильтрации последовательности выборок первичного сигнала [1].

Известный способ дискретной передачи информации предусматривает выполнение следующих операций:

формирование на передающей стороне первичного сигнала S_п(t), шкала U_ш0=(2²ⁿ×ε_макc) значений которого в 2²ⁿ раз превышает максимально допустимое значение ε_макс погрешности;

формирование на передающей стороне последовательности выборок S_д(t)=∑S_п(t-nТ_о) первичного сигнала S_п(t) путем его дискретизации с выбранной частотой F_o=1/T_o опроса;

передачу сформированной последовательности выборок S_д(t) по каналу связи на приемную сторону;

прием на приемной стороне полученной последовательности выборок S_д(t) первичного сигнала;

восстановление на приемной стороне первичного сигнала S_п(t) путем фильтрации полученной последовательности выборок S_д(t) первичного сигнала с помощью фильтра нижних частот с частотой среза F_cp=F_o/2, равной половине частоты опроса.

Динамический диапазон D_пp значений выборок, передаваемых по каналу связи согласно известному способу дискретной передачи информации, совпадает с динамическим диапазоном D_п=U_ш0/ε_макс значений выборок первичного сигнала. Количество информации на одну передаваемую по каналу связи выборку при этом составляет I_п=log₂(D_п)=2n бит. Недостатком известного способа дискретной передачи информации является недостаточная скорость передачи информации, обусловленная избыточностью передаваемой информации.

Наиболее близким к предлагаемому является известный способ дискретной передачи информации, заключающийся в том, что на передающей стороне формируют первичный сигнал, шкала значений которого в 2²ⁿ раз превышает максимально допустимое значение ε_макс погрешности, формируют последовательность выборок первичного сигнала путем его дискретизации с выбранной частотой опроса, формируют последовательность передаваемых выборок путем преобразования последовательности выборок первичного сигнала, для чего значение каждой выборки первичного сигнала преобразуют в приращение значения каждой выборки первичного сигнала путем вычитания из значения каждой выборки первичного сигнала значения предшествующей выборки первичного сигнала, передают сформированную последовательность выборок по каналу связи на приемную сторону, на приемной стороне принимают полученную последовательность выборок, формируют восстановленную последовательность выборок первичного сигнала путем преобразования принятой последовательности выборок, для чего значение каждой восстановленной выборки первичного сигнала определяют путем суммирования значения предшествующей восстановленной выборки первичного сигнала и соответствующего значения принятой выборки, т.е. соответствующего приращения значения каждой выборки первичного сигнала, восстанавливают первичный сигнал путем фильтрации последовательности выборок первичного сигнала [2].

Известный способ дискретной передачи информации предусматривает выполнение следующих операций:

формирование на передающей стороне первичного сигнала S_п(t), шкала U_ш0=(2²ⁿ×ε_макс) значений которого в 2²ⁿ раз превышает максимально допустимое значение ε_макс погрешности;

формирование на передающей стороне последовательности выборок S_д(1)=∑S_п(t-nТ_о) первичного сигнала S_п(t) путем его дискретизации с выбранной частотой F_o=1/T_o опроса;

формирование на передающей стороне последовательности передаваемых выборок S_пp(t)=∑S_пp(t-nТ_о) путем преобразования последовательности выборок S_д(t)=∑S_п(t-nТ_о) первичного сигнала, для чего значение S_п(t-nТ_о) каждой выборки первичного сигнала преобразуют в приращение значения S_пp(t-nТ_о)=Δ_п(t-nТ_о)=S_п(t-nТ_о)-S_п[t-(n-1)Т_о] каждой выборки первичного сигнала путем вычитания из него значения S_п[t-(n-1)Т_о] предшествующей выборки первичного сигнала;

передачу сформированной последовательности передаваемых выборок S_пp(t) по каналу связи на приемную сторону;

прием на приемной стороне полученной последовательности выборок S_пp(t) первичного сигнала;

формирование на приемной стороне восстановленной последовательности выборок S_д(t)=∑S_п(t-nТ_о) первичного сигнала путем преобразования принятой последовательности выборок S_пp(t)=∑S_пp(t-nТ_о), для чего значение S_п(t-nТ_о) каждой восстановленной выборки первичного сигнала определяют путем суммирования значения S_п[t-(n-1)Т_о] предшествующей восстановленной выборки первичного сигнала и соответствующего приращения значения S_пp(t-nТ_о)=Δ_п(t-nТ_о) каждой выборки первичного сигнала;

восстановление на приемной стороне первичного сигнала S_п(t) путем фильтрации полученной последовательности восстановленных выборок S_д(t) первичного сигнала с помощью фильтра нижних частот с частотой среза F_cp=F_o/2, равной половине частоты опроса.

Известный способ дискретной передачи информации обеспечивает сокращение избыточности передаваемой информации за счет использования разностного представления передаваемых выборок. Однако при этом значение дисперсии σ² _пр=2σ² _п погрешности передаваемой по каналу связи разностной выборки S_пp(t-nT_o)=Δ_п(t-nT_o)=S_п(t-nT_o)-S_п[t-(n-1)T_o] в два раза превышает значение дисперсии σ² _п погрешности каждой выборки первичного сигнала.

Технический результат состоит в уменьшении дисперсии погрешности значений передаваемых по каналу связи выборок при фиксированных значениях динамического диапазона значений выборок первичного сигнала и максимально допустимой погрешности.

Для достижения указанного технического результата в способ дискретной передачи информации, заключающийся в том, что на передающей стороне формируют первичный сигнал, шкала значений которого в 2²ⁿ раз превышает максимально допустимое значение погрешности, формируют последовательность выборок первичного сигнала путем его дискретизации с выбранной частотой опроса, формируют последовательность передаваемых выборок путем преобразования последовательности выборок первичного сигнала, передают сформированную последовательность выборок по каналу связи на приемную сторону, на приемной стороне принимают полученную последовательность выборок, формируют восстановленную последовательность выборок первичного сигнала путем преобразования принятой последовательности выборок, восстанавливают первичный сигнал путем фильтрации последовательности выборок первичного сигнала, введены новые операции, а именно: на передающей стороне преобразование последовательности выборок первичного сигнала в последовательность передаваемых выборок осуществляют следующим образом: формируют 2ⁿ равномерно распределенных в пределах шкалы значений первичного сигнала пороговых уровней, сравнивают значение каждой выборки первичного сигнала со значениями всех пороговых уровней, определяют значение максимального из превышенных пороговых уровней, преобразуют значение каждой выборки первичного сигнала путем вычитания из него значения, максимального из превышенных пороговых уровней, при этом на приемной стороне преобразование принятой последовательности выборок в восстановленную последовательность выборок первичного сигнала осуществляют следующим образом: определяют приращение значения каждой принятой выборки путем вычитания из него значения предшествующей принятой выборки, формируют минимальный ненулевой пороговый уровень, значение которого в 2ⁿ раз меньше шкалы значений первичного сигнала, сравнивают модуль приращения значения каждой принятой выборки с половиной значения минимального ненулевого порогового уровня, при превышении модуля приращения значения каждой принятой выборки половины значения минимального ненулевого порогового уровня и при отрицательном значении указанного приращения значение каждой восстановленной выборки первичного сигнала определяют путем суммирования приращения значения соответствующей принятой выборки, значения предшествующей восстановленной выборки первичного сигнала и значения минимального ненулевого порогового уровня, при превышении модуля приращения значения каждой принятой выборки половины значения минимального ненулевого порогового уровня и при положительном значении указанного приращения значение каждой восстановленной выборки первичного сигнала определяют путем суммирования приращения значения соответствующей принятой выборки и значения предшествующей восстановленной выборки первичного сигнала и вычитания из полученной суммы значения минимального ненулевого порогового уровня, при превышении половины значения минимального ненулевого порогового уровня модуля приращения значения каждой принятой выборки значение каждой восстановленной выборки первичного сигнала определяют путем суммирования приращения значения соответствующей принятой выборки и значения предшествующей восстановленной выборки первичного сигнала.

Предлагаемый способ дискретной передачи информации предполагает передачу по каналу связи разностной выборки, значение дисперсии погрешности которой равно значению дисперсии погрешности каждой выборки первичного сигнала, что и обеспечивает положительный технический результат - уменьшение дисперсии погрешности значений передаваемых по каналу связи выборок.

На чертеже представлена структурная схема системы дискретной передачи информации, реализующей предлагаемый способ.

Система дискретной передачи информации на передающей стороне содержит последовательно соединенные источник 1 информации, дискретизатор 2 и первый преобразователь 3 значений выборок, опорные входы которого подключены к соответствующим выходам первого формирователя 4 пороговых уровней, а выход соединен с входом канала 5 связи.

Система дискретной передачи информации на приемной стороне содержит последовательно соединенные второй преобразователь 6 значений выборок, вход которого соединен с выходом канала 5 связи, а опорные входы подключены к соответствующим выходам второго формирователя 7 пороговых уровней, фильтр 8 нижних частот и получатель 9 информации.

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

На передающей стороне с помощью источника 1 информации формируют первичный сигнал S_п(t), шкала U_ш0=(2²ⁿ×ε_макc) 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_д(t)=∑S_п(t-nТ_о) первичного сигнала путем его дискретизации с выбранной частотой F_o=1/T_o опроса.

Сформированную последовательность выборок S_д(t) первичного сигнала с выхода дискретизатора 2 подают на вход первого преобразователя 3 значений выборок.

На выходах первого формирователя 4 пороговых уровней формируют 2ⁿ пороговые уровни, значения U_i=i2ⁿ×ε_макс, [i=0,…(n-1)], которых равномерно распределены в пределах шкалы U_ш0 значений первичного сигнала.

Сформированные пороговые уровни подают с выходов первого формирователя 4 пороговых уровней на опорные входы первого преобразователя 3 значений выборок.

С помощью первого преобразователя 3 значений выборок сравнивают значение S_п(t-nТ_о) каждой выборки первичного сигнала со значениями U_i(t-nТ_о) всех 2ⁿ пороговых уровней, определяют значение U_{i макс}(t-nТ_о) максимального из превышенных пороговых уровней и преобразуют значение S_п(t-nТ_о) каждой выборки первичного сигнала путем вычитания из него значения U_{i макс}(t-nТ_о) максимального из превышенных пороговых уровней.

В результате на выходе первого преобразователя 3 значений выборок формируют последовательность передаваемых выборок S_пp(t)=∑[S_п(t-nТ_о)-U_{i макс}(t-nТ_о)], которую передают по каналу 5 связи на приемную сторону.

На приемной стороне принимают полученную последовательность выборок S_пp(t), после чего восстанавливают последовательность выборок S_д(t) первичного сигнала путем преобразования принятой из канала 5 связи последовательности выборок S_пp(t).

Для этого выполняют следующие операции:

полученную из канала 5 связи последовательность принятых выборок S_пp(t) подают на вход второго преобразователя 6 значений выборок;

на первом, втором, третьем и четвертом выходах второго формирователя 7 пороговых уровней формируют соответственно первый опорный сигнал U_п1=+2ⁿ×ε_макс со значением минимального ненулевого порогового уровня U_мин=2ⁿ×ε_макс, значение которого в 2ⁿ раз меньше шкалы U_ш0=2²ⁿ×ε_макс значений первичного сигнала, второй опорный сигнал U_п2=-2ⁿ×ε_макс с противоположным значением, третий опорный сигнал U_п3=0 с нулевым значением и четвертый опорный сигнал U_п4=2^n-l×ε_макс, значение которого равно половине значения минимального ненулевого порогового уровня U_мин=2ⁿ×ε_макс;

сформированные опорные сигналы подают с первого, второго, третьего и четвертого выходов второго формирователя 7 пороговых уровней на соответствующие опорные входы второго преобразователя 6 значений выборок;

с помощью второго преобразователя 6 значений выборок определяют приращение ΔS_пp(t-nT_o)=S_пp(t-nТ_о)-S_пp[t-(n-1)Т_о] значения S_пp(t-nT_o) каждой принятой выборки путем вычитания из него значения S_пp[t-(n-1)Т_о] предшествующей принятой выборки;

определяют, каким - положительным или отрицательным - является приращение значения ΔS_пp(t-nT_o) каждой принятой выборки путем сравнения его с нулевым значением U_п3 третьего опорного сигнала;

определяют модуль |ΔS_пp(t-nT_o)| приращения значения каждой принятой выборки и факт превышения им половины значения 2^n-1×ε_макс минимального ненулевого порогового уровня U_мин путем сравнения модуля |ΔS_пp(t-nT_o)| приращения значения каждой принятой выборки со значением четвертого опорного сигнала U_п4;

восстанавливают значение S_п(t-nT_o) каждой выборки первичного сигнала путем преобразования значения S_пp(t-nТ_о) каждой принятой выборки по следующему правилу: при превышении модулем |ΔS_пp(t-nT_o)| приращения значения каждой принятой выборки значения 2^n-1×ε_макс половины минимального ненулевого порогового уровня U_мин=2ⁿ×ε_макс и при отрицательном значении указанного приращения ΔS_пp(t-nT_o) значение S_п(t-nT_o) каждой восстановленной выборки первичного сигнала определяют путем суммирования приращения значения ΔS_пp(t-nT_o) соответствующей принятой выборки, значения S_п[t-(n-1)Т_о] предшествующей восстановленной выборки первичного сигнала и значения U_мин=2ⁿ×ε_макс минимального ненулевого порогового уровня; при превышении модулем |ΔS_пp(t-nT_o)| приращения значения каждой принятой выборки значения 2^n-1×ε_макс половины минимального ненулевого порогового уровня U_мин=2ⁿ×ε_макс и при положительном значении указанного приращения ΔS_пp(t-nТ_о) значение S_п(t-nT_o) каждой восстановленной выборки первичного сигнала определяют путем суммирования приращения значения ΔS_пp(t-nT_o) соответствующей принятой выборки и значения S_п[t-(n-1)Т_о] предшествующей восстановленной выборки первичного сигнала и вычитания из полученной суммы значения U_мин=2ⁿ×ε_макс минимального ненулевого порогового уровня; при превышении значения 2^n-1×ε_макс половины минимального ненулевого порогового уровня U_мин=2ⁿ×ε_макс модуля |ΔS_пp(t-nT_o)| приращения значения каждой принятой выборки значение S_п(t-nT_o) каждой восстановленной выборки первичного сигнала определяют путем суммирования приращения значения ΔS_пp(t-nT_o) соответствующей принятой выборки и значения S_п[t-(n-1)Т_o] предшествующей восстановленной выборки первичного сигнала.

В результате на выходе второго преобразователя 6 значений выборок получают восстановленную последовательность выборок S_д(t)=∑S_в(t-nT_o) первичного сигнала.

Восстановленную последовательность выборок S_д(t)=∑S_в(t-nT_o) первичного сигнала подают с выхода второго преобразователя 6 значений выборок на вход фильтра 8 нижних частот с частотой среза, равной половине частоты F_o опроса.

Восстановленный первичный сигнал S_в(t) с выхода фильтра 8 нижних частот подают на вход получателя 9 информации.

Основу изобретения составляет такой выбор типа преобразования выборок первичного сигнала, при котором значение дисперсии σ² _пр=σ² _п погрешности передаваемой по каналу связи разностной выборки S_пp(t-nT_o)=S_п(t-nT_o)-U_{i макс}(t-nT_o) равно значению дисперсии σ² _п погрешности каждой выборки первичного сигнала, что в два раза меньше, чем при использовании известного способа.

Таким образом, достигается технический результат - уменьшение дисперсии погрешности значений передаваемых по каналу связи выборок при фиксированных значениях динамического диапазона значений выборок первичного сигнала и максимально допустимой погрешности.

Литература

1. Кошевой А.А. Телеметрические комплексы летательных аппаратов. - М.: Машиностроение, 1975, с.28, 29, 41, 57-59, 70-72.

2. Радиотехнические системы передачи информации: Учеб. Пособие для вузов / В.А.Борисов, В.В.Калмыков, Я.М.Ковальчук и др.; Под. ред. В.В.Калмыкова. - М.: Радио и связь, 1990, с.24-27.