СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ
METHOD OF INFORMATION TRANSFER

Изобретение относится к технике связи, а точнее к способам передачи информации (ПИ) посредством цифровой связи. Рост числа операторов и абонентов, в том числе сотовой связи, необходимость передачи больших потоков информации обостряет проблему эффективного использования частотного ресурса, что в свою очередь требует дальнейшего развития и совершенствования способов ПИ. Изобретение позволяет существенно увеличить объем передаваемой информации системой передачи и приема информации. Изобретение увеличивает технико-экономическую эффективность систем связи с учетом всех компонентов, влияющих на их полную стоимость и технические показатели.
Известен способ передачи и приема информации [Радиотехника: Энциклопедия. / Под ред. Ю.Л.Мазора и др. - М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2002, с.63-64], признаки которого реализованы, по-существу, во всех соответствующих способах и являющийся аналогом предлагаемому техническому решению. В этом способе информацию источника последовательно преобразуют в сообщение в физико-электрическом преобразователе информации, кодируют его в кодере, в радиопередающем устройстве модулируют несущую частоту закодированным сообщением и посылают сигнал по каналу связи, принимают сигнал в радиоприемном устройстве, демодулируют его, декодируют и производят обратное электрофизическое преобразование сообщения информации в удобный для потребителя вид.
k
i
p
n
m
Наиболее близким аналогом (прототипом) настоящего изобретения является способ передачи информации, при котором поток битов, в том числе при необходимости сформированный заданным упорядоченным образом из Z потоков, разделяют на равные группы из k битов каждая и информацию, содержащуюся в конкретной группе из k битов с общим числом вариантов групп M=2, передают M-арным сигналом, соответствующим этой конкретной группе, в такте заданной длительности T, при этом M-арный сигнал формируют в виде импульса, огибающего несущую волну с заданной несущей частотой f из заданного f набора частот и заданной фазой φ из заданного набора фаз φ, причем импульс формируют с заданного момента времени τ, отсчитываемого от начала такта передачи информации и взятого из заданного набора моментов времени τ, в течение формирования импульса воспроизводят по заданному закону его форму в соответствии с одной из заданного набора форм и завершают формирование импульса через заданное время Δτ, отсчитываемое от времени начала формирования импульса и взятое из заданного набора времен Δτ, при необходимости периодически посылают опорный сигнал, и при тактово синхронизированном приеме конкретного M-арного сигнала получают поток битов, при необходимости распределяют его заданным упорядоченным образом на Z потоков, и восстанавливают информацию, передаваемую в такте [Скляр Бернард. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Изд. 2-е испр.: пер. с англ. - М: Издательский дом «Вильяме», 2004. - 1104 с. (прототип с.32-36)].
j
Преимуществом заявляемого способа ПИ по сравнению с известными и прототипом является возможность дальнейшего повышения технико-экономической эффективности благодаря тому, что импульс, огибающий несущую волну, для конкретного M-арного сигнала формируют и передают в виде предложенных функций времени, зависящих от нескольких параметров, которые удовлетворяют сформулированным условиям их выбора. Существенной особенностью способа является разделение заданным образом группы из k битов на подгруппы, каждой из которых соответствует свой параметр и соответствующее ей количество битов, выбранных так, что их сумма равна k. Многообразие указанных функций обусловлено многообразием вариантов наборов параметров, обеспечивающих использование заданной ограниченной полосы частот для передачи больших объемов информации. При этом сигналы хорошо отличаются друг от друга с точки зрения их распознавания. Кроме того, при фиксированном значении введенного далее параметра c передачу сигналов осуществляют с одинаковой энергией за такт.
Отличительная особенность заявляемого изобретения от прототипа заключается в том, что оно позволяет существенно увеличить количество битов, передаваемых за такт M-арными сигналами, и, тем самым, увеличить объем переданной информации.
k
i
p
n
m
Для достижения указанного технического результата в способе передачи информации, при котором поток битов, в том числе при необходимости сформированный заданным упорядоченным образом из Z потоков, разделяют на равные группы из k битов каждая и информацию, содержащуюся в конкретной группе из k битов с общим числом вариантов групп M=2, передают M-арным сигналом, соответствующим этой конкретной группе, в такте заданной длительности T, при этом M-арный сигнал формируют в виде импульса, огибающего несущую волну с заданной несущей частотой f из заданного набора частот f и заданной фазой φ из заданного набора фаз φ, причем импульс формируют с заданного момента времени τ, отсчитываемого от начала такта передачи информации и взятого из заданного набора моментов времени τ, в течение формирования импульса воспроизводят по заданному закону его форму в соответствии с одной из заданного набора форм и завершают формирование импульса через заданное время Δτ, отсчитываемое от времени начала формирования импульса и взятое из заданного набора времен Δτ, при необходимости периодически посылают опорный сигнал, и при тактово синхронизированном приеме конкретного M-арного сигнала получают поток битов, при необходимости распределяют его заданным упорядоченным образом на Z потоков, и восстанавливают информацию, передаваемую в такте, в соответствии с настоящим изобретением импульс, огибающий несущую волну, для конкретного M-арного сигнала формируют в пределах такта длительностью T в виде функции времени t, отсчитываемого от начала такта передачи информации и отнесенного к длительности такта,
i
j
m
n
s
p
j
s
m
n
p
n
i
j
m
n
s
i
p
j
mim
m
max
n
max
min
s
max
min
i
max
p
mim
max
min
max
min
max
m
s
i
i
min
max
min
m
min
max
min
n
max
s
min
max
min
p
min
max
min
max
m
s
a
a
a
a
a
a
a
a
a
a
a
a
a
a
a
a
a
a
kf
kc
kΔτ
kτ
ka
kφ
kf
kΔτ
kτ
ka
kφ
где , содержащей параметры f, c, Δτ, τ, , φ, которые могут изменяться соответственно в зависимости от индексов i, j, m, n, s, p, где индексы могут принимать значения соответственно от 1 до 2, 2, 2, 2, 2, 2, показатели степеней kf, kc, kΔτ, kτ, k, kφ могут принимать значения, равные целым положительным числам или нулю, и все показатели степеней выбраны так, что сумма их значений равна k, при этом группы из k битов заданным образом разделены на количество подгрупп, равное количеству показателей степеней kf, kc, kΔτ, kτ, k, kφ, отличных от нуля, с количеством битов в каждой подгруппе, равным показателю степени этой подгруппы, причем каждой из полученных таким образом подгрупп соответствует свой параметр с отличным от нуля соответствующим показателем степени, между вариантами битов в каждой подгруппе и соответствующим ей параметром с его конкретными индексами установлено заданным образом взаимно однозначное соответствие, E - заданная физическая размерная величина, например, с размерностью напряженности электрического поля, подинаковая для всех M-арных сигналов, c и  - безразмерные параметры, Δτ и τ - соответственно длительность импульса и время, отсчитываемое от начала такта передачи информации до начала импульса, отнесенные к длительности такта, φ - фаза при t=τ, f - несущая частота, умноженная на длительность такта, sign(x) равен 0, если х равно 0, равен 1, если х>0 и -1, если х<0, значения параметров c, Δτ, τ, , f, φ выбраны из диапазонов 0<c≤1, Δτ≤Δτ≤Δτ, 0≤τ≤1-Δτ, ≤≤, f≤f≤f, 0≤φ≤2π, где Δτ>0, Δτ≤1, ≥0, ≤1, f, f - заданные соответственно минимальные и максимальные значения параметров Δτ, , f, a параметры при условиях, что соответствующие им показатели степеней не равны нулю, преимущественно заданы в виде f=f+(f-f)(i-1)/(2-1), , Δτ=Δτ+(Δτ-Δτ)(m-1)/(2-1), τ=(1-Δτ)(n-1)/(2-1), =(+(-)(s-1)/(2-1), φ=2π(p-1)/(2-1), и при условии, что показатель степени, соответствующий какому-то из указанных параметров, равен нулю, значение этого параметра выбрано из указанного для него диапазона и фиксировано для всех M-арных сигналов, причем значения параметров Δτ, Δτ,  и  выбраны таким образом, что для заданных значений параметров Δτ и  величины положительных параметров y, входящих в верхние пределы интегралов в выражениях
min
max
min
m
s
i
p
n
m
u
uo
j
s
a
a
kc
и определенных из условия, что эти выражения отличаются от значения 2πβ, где β задано из диапазона значений 0<β<1, π=3,14159…, не более чем на заданное число ε>0, находятся в заданном диапазоне y≤y≤y, где y - значение, большее или равное значению у при y Δτ=1 и =1/2, а при приеме сигнала в течение такта измеряют изменение во времени его энергии, регистрируют частоту несущей волны и определяют соответствующую ей ближайшую по величине f и соответствующий вариант из kf битов, регистрируют фазу и определяют соответствующую ей ближайшую по величине φ и соответствующий вариант из kφ битов, регистрируют время, отсчитываемое от начала такта передачи информации до начала импульса и определяют соответствующее ему ближайшее по величине τ и соответствующий вариант из kτ битов, измеряют длительность импульса и определяют соответствующее ему ближайшее по величине Δτ и соответствующий вариант из kΔτ битов, вычисляют отношение , где P - полная энергия, измеренная при приеме сигнала, а P - полная энергия, измеренная и запомненная при приеме последнего опорного сигнала с j=2, и определяют соответствующее этому отношению ближайшее по величине c и соответствующий вариант из kс битов, определяют  из выражения
где
α
u
α
min
min
min
min
m
min
min
m
, , X=P/P, где P - энергия, измеренная и запомненная при приеме сигнала за длительность α, Δτ, α, задано из диапазона 0<α<1, а α=αΔτ/Δτ, при этом указанные действия по определению конкретных параметров осуществляют при условии, что показатели степени для этих параметров не являются равными нулю, по определенным таким образом для каждой подгруппы конкретным вариантам из соответствующего каждой подгруппе числа битов восстанавливают заданным образом конкретную группу из k битов, кроме того, при необходимости отделения последовательно передаваемых сигналов, в том числе для выделения опорных сигналов, сигнал не передают по крайней мере в одном из разделительных тактов между отделяемыми сигналами.
В существующем уровне техники не выявлено источников информации, которые содержали бы сведения о способах того же назначения с указанной совокупностью отличительных признаков, что позволяет считать способ ПИ по настоящему изобретению новым и имеющим изобретательский уровень.
Способ ПИ по настоящему изобретению может быть воплощен в системе цифровой связи с соответствующей организацией ее работы и известными методами обработки сигналов. Ниже изобретение описано более детально.
k
i
p
n
m
Сущность способа заключается в следующем. Поток битов информации (в том числе при необходимости сформированный заданным упорядоченным образом из Z потоков) разделяют на равные группы из k битов каждая. Информацию, содержащуюся в конкретной группе из k битов с общим числом вариантов групп М=2, передают M-арным сигналом, соответствующим этой конкретной группе, в такте заданной длительности T. При этом M-арный сигнал формируют в виде импульса, огибающего несущую волну с заданной несущей частотой f из заданного набора частот f и заданной фазой φ из заданного набора фаз φ. Импульс формируют с заданного момента времени τ, отсчитываемого от начала такта передачи информации и взятого из заданного набора моментов времени τ. В течение формирования импульса воспроизводят по заданному закону его форму в соответствии с одной из заданного набора форм. Завершают формирование импульса через заданное время Δτ, отсчитываемое от времени начала формирования импульса и взятое из заданного набора времен Δτ. При необходимости периодически посылают опорный сигнал. При тактово синхронизированном приеме конкретного M-арного сигнала получают поток битов, при необходимости поток битов распределяют заданным упорядоченным образом на Z потоков, и восстанавливают информацию, передаваемую в такте.
Технический результат, заключающийся в увеличении объема передаваемой информации в заданной полосе частот достигается за счет того, что при передаче импульс, огибающий несущую волну, для конкретного M-арного сигнала формируют в пределах такта длительностью T в виде функции времени t, отсчитываемого от начала такта передачи информации и отнесенного к длительности такта,
где
j
s
m
n
p
n
i
i,
j
m
n
s
p
j
m
n
s
i
p
j
mim
m
max
n
max
min
s
max
min
i
max
p
mim
max
min
max
min
max
m
s
i
a
a
a
a
a
a
a
a
a
a
kf
kc
kΔτ
kτ
ka
kφ
Здесь E - заданная физическая размерная величина, например, с размерностью напряженности электрического поля, одинаковая для всех M-арных сигналов, c и  безразмерные параметры, Δτ и τ - соответственно длительность импульса и время, отсчитываемое от начала такта передачи информации до начала импульса, отнесенные к длительности такта, φ - фаза при t=τ, f - несущая частота, умноженная на длительность такта, sign(x) равен 0, если x равно 0, равен 1, если x>0 и -1, если x<0. Параметры fc, Δτ, τ, , φ могут изменяться соответственно в зависимости от индексов i, j, m, n, s, p, где индексы могут принимать значения соответственно от 1 до 2, 2, 2, 2, 2, 2. Показатели степеней kf, kc, kΔτ, kτ, k, kφ могут принимать значения, равные целым положительным числам или нулю. Важной отличительной особенностью способа является разделение заданным образом группы из k битов на подгруппы, каждой из которых соответствует свой параметр и отличный от нуля показатель степени. Количество битов в каждой подгруппе равно показателю степени этой подгруппы. Все показатели степеней выбраны так, что сумма их значений равна k. Между вариантами битов в каждой подгруппе и соответствующим ей параметром с его конкретными индексами установлено заданным образом взаимно однозначное соответствие. Значения параметров c, Δτ, τ, , f, φ выбраны из диапазонов 0<c≤1, Δτ≤Δτ≤Δτ, 0≤τ≤1-Δτ, ≤≤, f≤f≤f, 0≤φ≤2π,, где Δτ>0, Δτ≤1, ≥0, ≤1, f, f - заданные соответственно минимальные и максимальные значения параметров Δτ, , f,. При этом параметры при условиях, что соответствующие им показатели степеней не равны нулю, преимущественно заданы в виде
i
min
min
max
kf
f=f+(f-f)(i-1)/(2-1), ,
m
min
max
min
n
max
kΔτ
kτ
Δτ=Δτ+(Δτ-Δτ)(m-1)/(2-1), τ=(1-Δτ)(n-1)/(2-1),
a
a
a
a
s
min
max
min
p
ka
kφ
=(+(-)(s-1)/(2-1), φ=2π(p-1)/(2-1). Если же показатель степени, соответствующий какому-то из указанных параметров, равен нулю, значение этого параметра выбрано из указанного для него диапазона и фиксировано для всех M-арных сигналов.
Для осуществления способа с помощью единого алгоритма предложен класс сигналов, в котором могут одновременно изменяться до шести параметров включительно в заданных для них областях.
j
Предложенный класс включает в себя многообразие сигналов, в том числе (при фиксации значения параметра c) сигналы с постоянной энергией, передаваемой за такт.
min
max
min
max
m
s
a
a
a
Значения параметров Δτ, Δτ,  и  выбраны таким образом, что для заданных значений параметров Δτ и  величины положительных параметров y, входящих в верхние пределы интегралов в выражениях
min
max
min
m
s
a
и определенных из условия, что эти выражения отличаются от значения 2πβ, где β задано из диапазона значений 0<β<1, π=3,14159…, не более чем на заданное число ε>0, находятся в заданном диапазоне y≤y≤y, где y - значение, большее или равное значению y при Δτ=1 и =1/2. Такой выбор параметров позволяет передавать информацию в заданной полосе частот.
Для осуществления способа из предложенного класса сигналов выбрана система сигналов, удовлетворяющих указанным условиям.
При приеме сигнала производят следующие действия и применяют следующие правила:
- в течение такта измеряют изменение во времени энергии сигнала,
i
- регистрируют частоту несущей волны и определяют соответствующую ей ближайшую по величине f и соответствующий вариант из kf битов,
p
- регистрируют фазу и определяют соответствующую ей ближайшую по величине φ и соответствующий вариант из kφ битов,
n
- регистрируют время, отсчитываемое от начала такта передачи информации до начала импульса и определяют соответствующее ему ближайшее по величине τ и соответствующий вариант из kτ битов,
m
- измеряют длительность импульса и определяют соответствующее ему ближайшее по величине Δτ соответствующий вариант из kΔτ битов,
uo
kc
- периодически измеряют и запоминают полную энергию P опорного сигнала с j=2, причем при приеме следующего опорного сигнала эта информация обновляется,
u
uo
j
- вычисляют отношение , где P - полная энергия, измеренная при приеме сигнала, а P - полная энергия, измеренная и запомненная при приеме последнего по времени упомянутого опорного сигнала, и определяют соответствующее этому отношению ближайшее по величине c и соответствующий вариант из kc битов,
α
min
min
min
min
s
a
- измеряют и запоминают энергию P сигнала за длительность α Δτ, где α задано из диапазона 0<α<1, и определяют  из выражения
где
α
u
m
min
min
m
,  X=P/P, α=αΔτ/Δτ. Указанные действия по определению конкретных параметров осуществляют при условии, что показатели степени для этих параметров не являются равными нулю. По определенным таким образом для каждой подгруппы конкретным вариантам из соответствующего каждой подгруппе числа битов восстанавливают заданным образом конкретную группу из k битов. При необходимости отделения последовательно передаваемых сигналов, в том числе для выделения опорных сигналов, сигнал не передают по крайней мере в одном из разделительных тактов между отделяемыми сигналами.
Разделение группы из k битов предложенным образом на подгруппы существенно повышает эффективность передачи и обработки информации при ее восстановлении. Это обусловлено возможностью оперировать вариантами по каждому параметру в отдельности. Благодаря этому повышается быстродействие восстановления информации и упрощается реализация способа.
Заявляемый способ позволяет увеличить объем передаваемой за такт информации, осуществлять передачу с одинаковой энергией сигналов в тактах.
Отметим, что для конкретной системы связи совокупность наборов параметров определена и упорядочена заданным образом. Ясно также, что какие бы цели и задачи не стояли при передаче информации, во всех случаях желательно повышение ее защищенности. Упомянутое упорядочивание заданным образом, подразумевающее возможную вариативность, обеспечивает дополнительное повышение защищенности передаваемой информации.
На следующем простом примере проиллюстрируем возможности заявляемого способа.
min
max
min
min
max
min
min
m
s
a
Пусть необходимо передать M-арным сигналом информацию, содержащуюся в k=20 битах. В соответствии с заявляемым способом группа из k битов заданным образом разделена на шесть подгрупп. В примере заданы следующие значения параметров: Δτ=0.6, Δτ=0.8, α=0.583, α=0.4 и α=0.55. Параметры выбраны таким образом, чтобы удовлетворялось условие 1.25≤y/y≤1.9, где y - значение, большее или равное значению y при Δτ=1 и =1/2. В рассматриваемом примере выбраны следующие показатели степеней:
min
max
1
min
2
min
max
3
min
max
4
min
max
5
min
max
6
min
max
7
min
max
8
max
1. kf=3. Соответствующая подгруппа содержит 3 бита, индекс i принимает значения от 1 до 8, подгруппа включает 8 вариантов, которым при заданных f и f соответствуют f=f, f=(6f+f)/7, f=(5f+2f)/7, f=(4f+3f)/7, f=(3f+4f)/7, f=(2f+5f)/7, f=(f+6f)/7, f=f.
1
4
2. kc=2. Соответствующая подгруппа содержит 2 бита, индекс j принимает значения от 1 до 4, подгруппа включает четыре варианта, которым соответствуют c=1/2, , , c=1.
3. kΔτ=5. Соответствующая подгруппа содержит 5 битов, индекс m принимает значения от 1 до 32, подгруппа включает 32 варианта.
4. kτ=6. Соответствующая подгруппа содержит 6 битов, индекс n принимает значения от 1 до 64, подгруппа включает 64 варианта.
a
a
a
a
a
1
2
3
4
5. k=2. Соответствующая подгруппа содержит 2 бита, индекс s принимает значения от 1 до 4, подгруппа включает четыре варианта, которым соответствуют =0.4, =0.45, =0.5, =0.55.
1
2
3
4
6. kφ=2. Соответствующая подгруппа содержит 2 бита, индекс р принимает значения от 1 до 4, подгруппа включает четыре варианта, которым соответствуют φ=0, φ=2π/3, φ=4π/3, φ=2π.
Сумма битов подгрупп равна k=3+2+5+6+2+2=20.
k
20
В данном примере передачи информации, содержащейся в конкретной группе из k=20 битов, M-арным сигналом, соответствующим этой конкретной группе с общим числом возможных вариантов таких групп, равным M=2=2=1048576, при приеме восстановление этой конкретной группы в предложенном способе значительно упрощается, так как производится поэтапно для подгрупп с существенно меньшим количеством вариантов для каждой, а конкретную группу из k битов восстанавливают заданным образом из первоначально восстановленных подгрупп.
j
Кроме того, при фиксированном значении параметра c передача сигналов осуществляется с одинаковой энергией в такте.
Результативность и эффективность использования заявляемого способа состоит в том, что он может быть применен на практике для развития и совершенствования систем цифровой связи с соответствующей организацией их работы, а также в других приложениях. Способ позволяет упростить передачу и прием информации M-арными сигналами.
Таким образом, отличительные признаки заявляемого способа обеспечивают появление новых свойств, не достигаемых в прототипе и аналогах. Проведенный анализ позволил установить: аналоги с совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного способа условию «новизны». Результаты поиска известных решений в области связи с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого способа, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Также не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения действий на достижение указанного результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».