СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ДИСКРЕТНОЙ ИНФОРМАЦИИ В СИСТЕМАХ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ
METHOD OF TRANSMITTING DISCRETE INFORMATION IN FEEDBACK SYSTEMS

Изобретение относится к области радиосвязи, электросвязи и вычислительной техники, а конкретнее к области способов и устройств передачи информации в вычислительных сетях.
Известны способы передачи дискретных сообщений в системах с повторением передач и обратной связью (см., например, [1] стр.395-427, [2], патент на изобретение №2239951 от 10.11.2004 [3], патент на изобретение №2239289 от 27.10.2004 [4]).
В известных способах при наличии искажений дискретных сообщений используют повторную передачу сообщений. При этом по каналу обратной связи передают либо принятые сообщения (системы с информационной обратной связью), либо решение о правильном или ошибочном приеме сообщений (системы с решающей обратной связью). Применение обратной связи обеспечивает высокую достоверность передаваемой информации.
В системах с повторением передач и обратной связью избыточность зависит от реального отношения сигнал/помеха и является величиной случайной, поскольку ее вводят по мере возникновения ошибок. В связи с этим при прочих равных условиях избыточность в системах с повторением передач и обратной связью может быть значительно меньше избыточности, вводимой в каждую кодовую комбинацию для обнаружения и исправления ошибок и достаточной для заданной достоверности передачи информации [1].
n
i
i-1
i
i-1
i
i
i
i
i
i-1
i
∂
∂
∂
∂
Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемому способу является способ, описанный в [4]. Способ заключается в том, что на передающем конце линии связи осуществляют деление входного сигнала на символы длиною n бит, формируют дискретное сообщение α в виде последовательности из N символов, формируют копию дискретного сообщения β путем кодирования дискретного сообщения посредством сложения по модулю Р=2 каждого блока α, где i=1…N, с блоком β в соответствии с выражением β=β+α (mod P), α, β - это числа, записанные в виде знаков двоичной системы счисления и представленные в виде последовательности (комбинации) нулевых и единичных бит: α, β - символ и закодированный символ, соответствующий данному блоку сформированного дискретного сообщения, β - закодированный символ, соответствующий предыдущему блоку сформированного дискретного сообщения, запоминают и передают сформированное дискретное сообщение α и его копию β, а на приемном конце линии связи запоминают принятое дискретное сообщение α и его копию β, которую предварительно декодируют путем сложения по модулю Р очередного принятого символа β, копии дискретного сообщения с предыдущим сопряженным символом  этой копии дискретного сообщения, по формуле  (mod Р), где ; сравнивают символы принятого дискретного сообщения α с символами декодированной копии дискретного сообщения β, если нет расхождений в двух смежных символах сравниваемого дискретного сообщения α и его декодированной копии β, то заменяют все одиночные искаженные символы принятого дискретного сообщения α символами декодированной копии дискретного сообщения β, передают по каналу обратной связи информацию на продолжение передачи последующих дискретных сообщений; если имеются расхождения в двух смежных символах принятого дискретного сообщения α и его декодированной копии β, кодируют скорректированное принятое дискретное сообщение α аналогично, как и на передающем конце линии связи, сравнивают его с принятой копией дискретного сообщения Р, при этом если нет расхождений в двух смежных символах, то корректируют ошибочно принятые символы дискретного сообщения α и его копии β, а если остаются расхождения в двух и более смежных символах сравниваемого дискретного сообщения α и его копии β, то передают по каналу обратной связи информацию на повторную передачу сформированного дискретного сообщения α и его копии β.
В известном способе при наличии искажений дискретных сообщений используют повторную передачу кодированного сообщения. При этом используемое кодирование позволяет восстанавливать до 25% одиночных символов сообщения, искаженных при передаче.
Общими с заявляемым способом являются признаки: деление входного сигнала на блоки-символы, формирование дискретного сообщения в виде последовательности нескольких блоков-символов, формирование копии дискретного сообщения, запоминание и передача сформированного дискретного сообщения и его копии, на приемном конце линии связи запоминание принятого дискретного сообщения и его копии; исправление одиночных искаженных символов.
Существенным недостатком данного способа для обеспечения защищенности передачи информации в канале с сосредоточенными помехами (помехи, приводящие к возникновению групп подряд идущих ошибок в передаваемом сообщении) является невозможность корректировки двух и более смежных ошибочно принятых символов дискретного сообщения и(или) его копии, что приводит к резкому возрастанию среднего числа передач каждого дискретного сообщения, обеспечивающего требуемую надежность связи, и, следовательно, резкому уменьшению скорости передачи информации.
Задача, на решение которой направлено данное изобретение, заключается в обеспечении возможности корректировки двух и более смежных ошибочно принятых символов дискретного сообщения и(или) его копии, возникающих в канале с сосредоточенными помехами.
n
i
i-1
i
i-1
i
i
i
i
i-1
i-1
Решение указанной задачи достигается тем, что в известном способе передачи дискретной информации в системах с обратной связью, заключающемся в осуществлении деления на передающем конце линии связи входного сигнала на символы длиною n бит, формировании дискретного сообщения α в виде последовательности из N символов, формировании копии дискретного сообщения β путем кодирования дискретного сообщения посредством сложения по модулю Р=2 каждого символа α, где i=1…N, с символом β в соответствии с выражением β=β+α (mod P), где α - i-й символ дискретного сообщения, β - закодированный символ, соответствующий символу α сформированного дискретного сообщения, β - закодированный символ, соответствующий символу α сформированного дискретного сообщения, запоминании и передаче их по каналу связи, согласно изобретению на передающем конце линии связи предварительно осуществляют разбиение передаваемого дискретного сообщения α на K блоков по М символов
a
a
a
a
a
a
a
a
a
1
2
M
M+1
M+2
2M
(K-1)M+1
(K-1)M+2
KM
(,, …, ), (,, …, ), …, (,, …, ), для N=KM,
или
a
a
a
a
a
a
a
a
a
1
2
M
M+1
M+2
2M
(K-1)M+1
(K-1)M+2
N
(,, …, ), (,, …, ), …, (,, …, , 0, 0, …, 0),
для N≠KM,
и перегруппировку K блоков по М символов в М блоков по K символов
a
a
a
a
a
a
a
a
a
1
M+1
(K-1)M+1
2
M+2
(K-1)M+2
M
2M
KM
(,, …, ), (,, …, ), …, (,, …, ), для N=KM,
или
a
a
a
a
a
a
a
a
a
a
1
M+1
(K-1)M+1
i
M+i
N
i+1
M+i+1
M
2M
(,, …, ), …,(,, …, ), (,, …, 0), …, (, …, 0),
для N≠KM,
аналогичным образом осуществляют разбиение и перегруппировку копии передаваемого сообщения β, на приемном конце линии связи запоминают принятое дискретное сообщение α' и его копию β', осуществляют обратную перегруппировку путем разбиения принятого дискретного сообщения α' на M блоков по K символов
(a
a
a
a
a
a
a
a
a
1
2
K
K+1
K+2
2K
(M-1)K+1
(M-1)K+2
KM
,, …, ), (,, …, ), …, (,, …, ), для N=KM,
или
a
a
a
a
a
a
a
a
a
1
2
K
K+1
K+2
2K
(M-1)K+1
(M-1)K+2
N
(,, …, ), (,, …, ), …, (,, …, , 0, 0, …, 0),
для N≠KM,
и перегруппировки М блоков по K символов в K блоков по М символов
a
a
a
a
a
a
a
a
a
1
K+1
(M-1)K+1
2
K+2
(M-1)K+2
K
2K
KM
(,, …, ), (,, …, ), …, (,, …, ), для N=KM,
или
a
a
a
a
a
a
a
a
a
a
1
K+1
(M-1)K+1
i
K+i
N
i+1
K+i+1
K
2K
(,, …, ), …, (,, …, ), (,, …, 0), …, (,, …, 0),
для N≠KM,
i
i
аналогичным образом осуществляют разбиение и обратную перегруппировку копии принятого дискретного сообщения β', проводят процедуру восстановления одиночных искаженных символов перегруппированного дискретного сообщения α и его копии β, для чего для каждого символа α дискретного сообщения и соответствующего ему символа β копии дискретного сообщения проверяют на истинность следующие тождества:
i
i
i
i
i
i
i-1
i
i
если истинны все тождества или истинно тождество (1) и ложны тождества (2) и (3), то символы α и β приняты безошибочно, если истинно тождество (2) и ложны тождества (1) и (3), то восстанавливают блок а, по формуле  (mod Р), где , если истинно тождество (3) и ложны тождества (1) и (2), то восстанавливают блок β по формуле β=α+β (mod Р), если символы α и β приняты безошибочно или восстановлены, то переходят к проведению процедуры восстановления (i+1)-го блока, в противном случае имеются расхождения в двух и более смежных символах принятого дискретного сообщения и его копии после обратной перегруппировки, передают по каналу обратной связи информацию на повторную передачу перегруппированного дискретного сообщения и его копии.
В совокупности признаков заявленного способа используется следующая терминология и обозначения:
- дискретное сообщение - это сообщение, записанное в двоичном коде и представленное сигналом в виде последовательности нулевых и единичных бит;
- символ - это число, записанное в виде знаков двоичной системы счисления и представленное в виде последовательности (комбинации) нулевых и единичных бит;
- копия дискретного сообщения - дискретное сообщение, получаемое путем кодирования некоторого сообщения и служащее для восстановления символов этого сообщения;
- сложение чисел α и β по модулю р означает, что два числа складываются обычным образом, а их сумма переводится в конечное множество с помощью сравнения по модулю р;
- смежные символы - символы одного или нескольких дискретных сообщений, индексы которых совпадают или отличаются не более чем на единицу;
i
i
i-1
i
i+1
i-1
i
i+1
i
i
- ошибочно принятые символы α или β являются одиночными, если все символы α, α, α, β, β, β являются правильно принятыми, кроме самих α или β, соответственно;
≡ - отношение сравнимости (α≡β (mod p)) - α сравнимо с р по модулю р: два числа α и β называются сравнимыми по модулю р, если при делении обоих чисел на р их остатки равны.
Эти отличительные признаки по сравнению с прототипом позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "новизна".
Сущность изобретения заключается в следующем. При воздействии сосредоточенной помехи в передаваемом дискретном сообщении возникает группа ошибок. После проведения процедуры обратной перегруппировки ошибочно принятые группы подряд идущих символов распределяются по всему дискретному сообщению в виде одиночных ошибок, после чего возможно их исправление с помощью тождеств (1)-(3). Количество символов М в блоках выбирается по результатам дополнительного анализа сосредоточенной помехи и может меняться динамически в процессе отправки дискретных сообщений.
В предлагаемом способе передачи дискретных сообщений в системах с повторением передач и обратной связью перечисленная совокупность существенных признаков в указанном порядке обеспечивает высокую скорость передачи информации в канале с сосредоточенными помехами за счет гарантированного восстановления ошибочно принятых групп подряд идущих символов в передаваемом сообщении.
Именно новое свойство совокупности признаков, приводящих к увеличению скорости передачи информации в системах с повторением передач и обратной связью в условиях сосредоточенных помех и активных вторжений с гарантированным восстановлением ошибочно принятых групп символов (т.е. до 25% ошибочно принятых символов), позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию "изобретательский уровень".
Предлагаемый способ передачи дискретных сообщений в системах с повторением передач и обратной связью может быть реализован программно с помощью ЭВМ или вычислительного устройства, структура которого представлена на фигуре 1, где обозначено:
1 - кодирующее устройство;
2 - перегруппирующее устройство;
3 - первое запоминающее устройство;
4 - первый передатчик;
5 - линия связи;
6 - второй приемник;
7 - второе запоминающее устройство;
8 - устройство, осуществляющее обратную перегруппировку;
9 - декодирующее устройство.
10 - первый приемник;
11 - второй передатчик.
На фигуре 2 представлена блок-схема кодирующего устройства, где обозначено:
12 - сумматор по модулю Р;
13 - линия задержки на один символ.
На фигуре 3 представлена блок-схема декодирующего устройства, где обозначено:
14 - сумматор по модулю Р;
15 - вычитающее устройство;
16 - линия задержки на один символ.
Защищаемая информация поступает на кодирующее устройство 1, в котором происходит деление входного сигнала на блоки, формирование дискретного сообщения в виде последовательности нескольких блоков и формирование копии этого дискретного сообщения. Далее сформированное дискретное сообщение и его копия поступают в перегруппирующее устройство 2, где осуществляют разбиение передаваемого дискретного сообщения и его копии на k блоков по m символов и перегруппировку k блоков по m символов в m блоков по k символов. Перегруппированное дискретное сообщение и его перегруппированную копию запоминают в устройстве 3. Затем передатчик 4 отправляет перегруппированное дискретное сообщение и его перегруппированную копию в линию связи 5. На другом конце линии связи перегруппированное дискретное сообщение и его перегруппированная копия через приемник 6, предварительно сохраненные в устройстве 7, поступают в устройство 8, где происходит обратная перегруппировка дискретного сообщения и его копии. Далее дискретное сообщение и его копия поступают в декодирующее устройство 9, где происходит восстановление исходного сообщения. В случае если восстановление исходного сообщения невозможно из-за наличия количества ошибочно принятых символов, большего 25%, через передатчик 11 передают запрос на повторную передачу перегруппированного дискретного сообщения.
Реализация предлагаемого способа не вызывает затруднений, так как все блоки и узлы, входящие в устройство, реализующее способ, общеизвестны и широко описаны в технической литературе.
Источники информации
1. С.И.Бычков. Космические радиотехнические комплексы. М.: "Советское радио", 1967.
2. Л.М.Финк. Теория передачи дискретных сообщений. М.: "Советское радио", 1963.
3. Способ передачи дискретной информации в системах с обратной связью. Патент на изобретение №2239951 от 10.11.2004.
4. Способ передачи дискретной информации в системах с обратной связью. Патент на изобретение №2239289 от 27.10.2004.