Результат интеллектуальной деятельности: СИСТЕМА ДИСКРЕТНОЙ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ

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

Известна система дискретной передачи информации, содержащая: на передающей стороне - последовательно соединенные источник информации и дискретизатор, выход которого подключен к входу канала связи, а на приемной стороне - последовательно соединенные фильтр нижних частот, вход которого подключен к выходу канала связи, и получатель информации [1].

На передающей стороне известной системы дискретной передачи информации источник информации формирует первичный сигнал S_п(t), шкала U_ш0=(2²ⁿ×ε_макс) значений которого в 2²ⁿ раз превышает максимально допустимое значение ε_макс погрешности. Сформированный первичный сигнал S_п(t) поступает на вход дискретизатора, 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.

Динамический диапазон значений выборок, передаваемых по каналу связи, в известной системе дискретной передачи информации совпадает с динамическим диапазоном значений выборок первичного сигнала D_п=U_ш0/ε_макс. Количество информации на одну передаваемую по каналу связи выборку составляет I_п=log₂(D_п)=2n бит. Недостатком известной системы дискретной передачи информации является недостаточная скорость передачи информации.

Наиболее близкой к предлагаемой является система дискретной передачи информации, содержащая: на передающей стороне - последовательно соединенные источник информации, дискретизатор и вычитающее устройство, вход вычитания которого подключен через элемент задержки к выходу дискретизатора, а выход - к входу канала связи, а на приемной стороне - последовательно соединенные сумматор, фильтр нижних частот и получатель информации, при этом первый вход сумматора подключен к выходу канала связи, а второй вход сумматора соединен через элемент задержки с его выходом [2].

На передающей стороне известной системы дискретной передачи информации на выходе дискретизатора также формируют последовательность 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. Затем с помощью вычитающего устройства преобразуют последовательности выборок S_д(t) первичного сигнала в последовательность приращений значения каждой выборки S_пp(t)=∑{S_п(t-nТ_о)-S_п[t-(n-1)T_o]} первичного сигнала путем вычитания из него значения предшествующей выборки первичного сигнала. Однако динамический диапазон значений выборок S_пp(t), передаваемых по каналу связи, в известной системе дискретной передачи информации также совпадает с динамическим диапазоном значений выборок первичного сигнала D_п=U_ш0/ε_макс. Количество информации на одну передаваемую по каналу связи выборку также составляет I_п=log₂(D_п)=2n бит.

Технический результат состоит в уменьшении динамического диапазона значений выборок, передаваемых по каналу связи, при фиксированном динамическом диапазоне значений выборок первичного сигнала.

Для достижения указанного технического результата в систему дискретной передачи информации, содержащую: на передающей стороне - последовательно соединенные источник информации, дискретизатор и вычитающее устройство, выход которого подключен к входу канала связи, а на приемной стороне - последовательно соединенные фильтр нижних частот и получатель информации, введены: на передающей стороне - первый блок сравнения, первый формирователь пороговых уровней и первый коммутатор, а на приемной стороне - определитель приращения значения выборки, преобразователь значения выборки, второй блок сравнения, второй формирователь пороговых уровней и второй коммутатор, при этом выход первого коммутатора подключен к входу вычитания вычитающего устройства, а информационные входы - к соответствующим выходам первого формирователя пороговых уровней и к соответствующим опорным входам первого блока сравнения, выходы которого соединены с соответствующими управляющими входами первого коммутатора, а сигнальный вход - с выходом дискретизатора, выход второго коммутатора соединен с входом фильтра нижних частот и с первым сигнальным входом преобразователя значения выборки, второй сигнальный вход которого подключен к сигнальному входу второго блока сравнения и к выходу определителя приращения значения выборки, вход которого соединен с выходом канала связи, первый и второй пороговые входы преобразователя значения выборки подключены соответственно к первому и второму выходам второго формирователя пороговых уровней, третий и четвертый выходы которого соединены соответственно с первым и вторым опорными входами второго блока сравнения, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму управляющим входам второго коммутатора, первый, второй и третий сигнальные входы которого соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами преобразователя значения выборки.

Предлагаемая система дискретной передачи информации обеспечивает уменьшение в 2 раза динамического диапазона значений выборок, передаваемых по каналу связи, при фиксированном динамическом диапазоне значений выборок первичного сигнала. При этом количество информации на одну передаваемую по каналу связи выборку также сокращается в 2 раза.

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

На чертеже представлена структурная схема предлагаемой системы дискретной передачи информации.

Система дискретной передачи информации на передающей стороне содержит последовательно соединенные источник 1 информации, дискретизатор 2 и вычитающее устройство 3, выход которого подключен к входу канала 4 связи, первый блок 5 сравнения, первый формирователь 6 пороговых уровней и первый коммутатор 7. Выход первого коммутатора 7 подключен к входу вычитания первого вычитающего устройства 3, а информационные входы - к соответствующим выходам первого формирователя 6 пороговых уровней и к соответствующим опорным входам первого блока 5 сравнения, выходы которого соединены с соответствующими управляющими входами первого коммутатора 7, а сигнальный вход - с выходом дискретизатора 2.

Система дискретной передачи информации на приемной стороне содержит определитель 8 приращения значения выборки, преобразователь 9 значения выборки, второй блок 10 сравнения, второй коммутатор 11, второй формирователь 12 пороговых уровней и последовательно соединенные фильтр 13 нижних частот и получатель 14 информации.

С выходом канала 4 связи соединен вход определителя 8 приращения значения выборки, выход которого подключен к второму сигнальному входу преобразователя 9 значения выборки и к сигнальному входу второго блока 10 сравнения.

Первый и второй выходы второго формирователя 12 пороговых уровней подключены соответственно к первому и второму пороговым входам преобразователя 9 значения выборки.

Третий и четвертый выходы второго формирователя 12 пороговых уровней подключены соответственно к первому и второму опорным входам второго блока 10 сравнения, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первым и вторым управляющими входами второго коммутатора 11.

Первый, второй и третий сигнальные входы второго коммутатора 11 соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами преобразователя 9 значения выборки, а его выход - с входом фильтра 13 нижних частот и с первым сигнальным входом преобразователя 9 значения выборки.

Предлагаемая система дискретной передачи информации функционирует следующим образом.

На передающей стороне источник 1 информации формирует первичный сигнал S_п(t), шкала U_ш0=(2²ⁿ×ε_макс) значений которого в 2²ⁿ раз превышает максимально допустимое значение ε_макс погрешности.

Сформированный первичный сигнал S_п(t) поступает 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.

Сформированная последовательность выборок S_д(t) первичного сигнала с выхода дискретизатора 2 поступает на вход суммирования первого вычитающего устройства 3, а также на сигнальный вход первого блока 5 сравнения. На опорные входы первого блока 5 сравнения с выходов первого формирователя 6 пороговых уровней подают 2ⁿ пороговые уровни, значения U_i=i2ⁿ×ε_макс, [i=0,…(n-1)], которых равномерно распределены в пределах шкалы U_ш0 значений первичного сигнала. Эти же 2ⁿ пороговые уровни также подают на информационные входы первого коммутатора 7.

Первый блок 5 сравнения сравнивает значение S_п(t-nТ_о) каждой выборки первичного сигнала со значениями U_i(t-nТ_о) всех 2ⁿ пороговых уровней и формирует на каждом из 2ⁿ выходов либо сигнал логической «1», если значение S_п(t-nТ_о) выборки первичного сигнала превышает значение U_i(t-nТ_о) соответствующего порогового уровня, либо сигнал логического «0», если значение S_п(t-nТ_о) выборки первичного сигнала не превышает значение U_i(t-nТ_о) соответствующего порогового уровня. В результате количество логических «1» на выходах первого блока 5 сравнения равно номеру i_макс(t-nT_о) максимального из превышенных пороговых уровней.

2ⁿ сигналов с выходов первого блока 5 сравнения поступают на соответствующие управляющие входы первого коммутатора 7, что обеспечивает появление на его выходе максимального из превышенных пороговых уровней U_iмакс(t-nТ_o).

Максимальный из превышенных пороговых уровней U_{i макс}(t-nТ_о) поступает с выхода первого коммутатора 7 на вход вычитания вычитающего устройства 3.

В результате на выходе вычитающего устройства 3 значение S_п(t-nТ_о) каждой выборки первичного сигнала уменьшается на значение U_{i макс}(t-nТ_о) максимального из превышенных пороговых уровней.

Таким образом, на передающей стороне формируют последовательность передаваемых выборок S_пp(t)=∑[S_п(t-nТ_о)-U_{i макс}(t-nТ_о)] путем преобразования последовательности выборок S_д(t)=ΣS_п(t-nТ_о) первичного сигнала.

Сформированную на выходе вычитающего устройства 3 последовательность передаваемых выборок S_пp(t) передают по каналу связи на приемную сторону.

На приемной стороне восстанавливают последовательность выборок S_д(t) первичного сигнала путем преобразования последовательности выборок S_пp(t), полученных из канала 4 связи.

Для этого полученную из канала 4 связи последовательность принятых выборок S_пp(t) подают на вход определителя 8 приращения значения выборки, который определяет приращение значения ΔS_пp(t-nТ_о)=S_пp(t-nТ_о)-S_пp[t-(n-1)Т_о] каждой принятой выборки путем вычитания из него значения предшествующей принятой выборки.

Приращение значения ΔS_пp(t-nТ_о) каждой принятой выборки с выхода определителя 8 приращения значения выборки подают на второй сигнальный вход преобразователя 9 значения выборки и на сигнальный вход второго блока 10 сравнения.

На первый сигнальный вход преобразователя 9 значения выборки с выхода второго коммутатора 11 поступает значение предшествующей восстановленной выборки S_в[t-(n-1)Т_о]. При этом на первый и второй пороговые входы преобразователя 9 значения выборки с первого и второго выходов второго формирователя 12 пороговых уровней соответственно подают значения первого и второго пороговых уровней U_п1=+2ⁿ×ε_макс и U_п2=-2ⁿ×ε_макс.

На первом выходе преобразователя 9 значения выборки получают суммарное значение S_∑1(t-nТ_о)={ΔS_пp(t-nТ_о)+S_в[t-(n-1)Т_о]} приращения значения ΔS_пp(t-nТ_о) каждой принятой выборки и значения предшествующей восстановленной выборки S_в[t-(n-1)Т_о].

Значение выборки S_∑2(t-nТ_о)=[S_∑1(t-nТ_о)+U_п1] на втором выходе преобразователя 9 значения выборки отличается от значения S_∑1(t-nТ_о) выборки на его первом выходе на значение первого порогового уровня U_п1.

Значение выборки S_∑3(t-nТ_о)=[S_∑1(t-nТ_о)+U_п2] на третьем выходе преобразователя 9 значения выборки отличается от значения S_∑1(t-nТ_о) выборки на его первом выходе на значение второго порогового уровня U_п2.

Значения S_∑1(t-nТ_о), S_∑2(t-nТ_о) и S_∑3(t-nТ_о) преобразованных выборок с первого, второго и третьего выходов преобразователя 9 значения выборки подают соответственно на первый, второй и третий сигнальные входы второго коммутатора 11. При этом на первый и второй управляющие входы второго коммутатора 11 поступают управляющие сигналы соответственно с первого и второго выходов второго блока 10 сравнения.

На первый и второй опорные входы второго блока 10 сравнения с третьего и четвертого выходов второго формирователя 12 пороговых уровней соответственно подают значения третьего и четвертого пороговых уровней U_п3=0 и U_п4=2^n-1×ε_макс.

Второй блок 10 сравнения сравнивает приращение значения ΔS_пp(t-nТ_о) каждой принятой выборки со значением U_п3 третьего порогового уровня и формирует на первом выходе либо сигнал логической «1», если приращение значения ΔS_пp(t-nТ_о) каждой принятой выборки превышает значение U_п3 третьего порогового уровня, либо сигнал логического «0», если значение U_п3 третьего порогового уровня превышает приращение значения ΔS_пp(t-nТ_о) каждой принятой выборки.

Кроме того, второй блок 10 сравнения сравнивает модуль |ΔS_пp(t-nТ_о)| приращения значения каждой принятой выборки со значением U_п4 четвертого порогового уровня и формирует на втором выходе либо сигнал логической «1», если модуль |ΔS_пp(t-nT_o)| приращения значения каждой принятой выборки превышает значение U_п4 четвертого порогового уровня, либо сигнал логического «0», если значение U_п4 четвертого порогового уровня превышает модуль |ΔS_пp(t-nT_o)| приращения значения каждой принятой выборки.

На выход второго коммутатора 11 проходит преобразованная выборка с значением S_∑1(t-nT_o) с его первого входа, если на его втором управляющем входе действует сигнал логического «0».

Если на втором управляющем входе второго коммутатора 11 действует сигнал логической «1», то на его выход проходит либо преобразованная выборка с значением S_∑2(t-nT_o) с его второго входа, если на его первом управляющем входе действует сигнал логического «0», либо преобразованная выборка с значением S_∑3(t-nT_o) с его третьего входа, если на его первом управляющем входе действует сигнал логической «1». В результате на выходе второго коммутатора 11 получают восстановленную последовательность выборок первичного сигнала, значение каждой из которых определяется по следующему правилу: при превышении модулем |ΔS_пp(t-nT_o)| приращения значения каждой принятой выборки половины значения U_мин=2ⁿ×ε_макс минимального ненулевого порогового уровня и при отрицательном значении указанного приращения ΔS_пp(t-nT_o) значение S_∑2(t-nT_o) каждой восстановленной выборки первичного сигнала определяют путем суммирования приращения значения ΔS_пp(t-nT_o) соответствующей принятой выборки, значения S_в[t-(n-1)Т_о] предшествующей восстановленной выборки первичного сигнала и значения U_мин=2_n×ε_макс минимального ненулевого порогового уровня; при превышении модулем |ΔS_пp(t-nT_o)| приращения значения каждой принятой выборки половины значения U_мин=2ⁿ×ε_макс минимального ненулевого порогового уровня и при положительном значении указанного приращения ΔS_пp(t-nT_o) значение S_∑3(t-nT_o) каждой восстановленной выборки первичного сигнала определяют путем суммирования приращения значения ΔS_пp(t-nT_o) соответствующей принятой выборки и значения S_в[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 половиной значения U_мин=2ⁿ×ε_макс минимального ненулевого порогового уровня модуля |ΔS_пp(t-nТ_о)| приращения значения каждой принятой выборки значение S_∑1(t-nТ_о) каждой восстановленной выборки первичного сигнала определяют путем суммирования приращения значения ΔS_пp(t-nТ_о) соответствующей принятой выборки и значения S_в[t-(n-1)Т_о] предшествующей восстановленной выборки первичного сигнала.

Восстановленная последовательность выборок S_д(t)=∑S_в(t-nТ_о) первичного сигнала поступает с выхода второго коммутатора 11 на вход фильтра 13 нижних частот с частотой среза, равной половине частоты F_o опроса.

Восстановленный первичный сигнал S_в(t) с выхода фильтра 13 нижних частот поступает на вход получателя 14 информации.

Основу изобретения составляет такой выбор типа преобразования выборок первичного сигнала, при котором динамический диапазон D_пp=U_ш0/(2ⁿε_макс)=D_п/2ⁿ значений преобразованных выборок передаваемого сигнала в 2ⁿ раз меньше динамического диапазона D_п значений выборок первичного сигнала. Количество информации на одну передаваемую по каналу связи выборку при этом составляет I_пp=log₂(D_пp)=n бит, что в два раза меньше, чем в известной системе дискретной передачи информации.

Таким образом, достигается технический результат - уменьшение динамического диапазона значений выборок, передаваемых по каналу связи, при фиксированном динамическом диапазоне значений выборок первичного сигнала.

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.