СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ
METHOD FOR TRANSMITTING INFORMATION

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, 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
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 М=2, передают М-арным сигналом, соответствующим этой конкретной группе, в такте заданной длительности Т 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, который формируют с момента времени от начала такта передачи информации, в течение такта воспроизводят его форму по заданному закону в соответствии с одной из заданного набора форм, при необходимости периодически посылают импульс опорного сигнала, и при тактово синхронизированном приеме конкретного М-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 «Вильямс», 2004. - 1104 с. (прототип с.32-36)].
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 М-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 передачу больших объемов информации.
i
При приеме сигналов их параметры хорошо различаются. Кроме того, при фиксированном значении введенного далее параметра с, 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 М-арными сигналами, и тем самым увеличить объем переданной информации.
k
kf
kc
kφ
kc
kf
kφ
kc
i
p
0
i
j,
р
m,n
n
n
j
0
j
j
j
j
m,n
m,n
n
n
m,n
i
min
i
max
min
max
i
min
max
min
i
p
р
p
p
i
р
u
uo
u
uo
j
n
1
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 М=2, передают М-арным сигналом, соответствующим этой конкретной группе, в такте заданной длительности Т 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, который формируют с момента времени от начала такта передачи информации, в течение такта воспроизводят его форму по заданному закону в соответствии с одной из заданного набора форм, при необходимости периодически посылают импульс опорного сигнала и при тактово синхронизированном приеме конкретного М-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 М-арного сигнала формируют и передают в пределах такта длительностью Z в виде функции времени t, отсчитываемого от начала такта передачи информации и отнесенного к длительности такта,  содержащей заданную положительную величину Р с размерностью энергии, одинаковую для всех М-арных сигналов, параметры f, cφ и x, которые могут изменяться соответственно в зависимости от индексов i, j, р, m и n, где индексы i, j, р могут принимать значения соответственно от 1 до 2, 2, 2, индекс n может изменяться от 1 до заданного N, индекс m может изменяться при заданном n от 1 до  показатели степеней kf, kc, kφ и kx 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, kφ, kx, 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, c - безразмерный параметр, определяющий долю от величины Р, соответствующую энергии, передаваемой в конкретном импульсе, значения c выбраны из диапазона 0<c≤1 и при kc≠0 преимущественно заданы в виде c=j/2, a при kc=0 значение c выбрано из указанного для него диапазона и фиксировано для всех М-арных сигналов, x - безразмерные параметры, выбраны из диапазона 0≤x≤1 и при kx≠0 преимущественно заданы в виде , а при kx=0 значение x выбрано из указанного для него диапазона и фиксировано для всех M-арных сигналов, f - несущая частота, умноженная на длительность такта, выбрана из диапазона f≤f≤f, где f, f - заданное соответственно минимальное и максимальное значения параметра, и при kf≠0 преимущественно задана в виде f=f+(f-f)(i-1)/(2-1), kf=0 значение f выбрано из указанного для него диапазона и фиксировано для всех М-арных сигналов, φ - фаза при t=0, выбрана из диапазона 0≤φ≤2π и при kφ≠0 преимущественно задана в виде φ=2π(р-1)/[2-1), а при kφ=0 значение φ выбрано из указанного для него диапазона и фиксировано для всех М-арных сигналов, 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, вычисляют отношение Р/Р, где Р - полная энергия, измеренная при приеме сигнала, а Р - 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 kc битов, преимущественно через изменение во времени энергии импульса вычисляют y из выражения , где  - энергия импульса, измеренная за время , отсчитываемое от начала такта и заданное в виде , где n изменяется от 1 до N+2, а параметры  и  заданы в виде
,
,
……………………………………………………………
m,n
m,n
n
m,n
n
где sign(z) равен 0, если z равно 0, равен 1, если z>0 и -1, если z<0, а  и  соответственно максимальное и минимальное значения из  и , определяют x из заданных наборов x как ближайшие к вычисленным y и определяют соответствующие этим параметрам x варианты из kx битов, 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, импульс 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
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 М-арным сигналом, соответствующим этой конкретной группе, в такте заданной длительности Т. При этом М-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 момента времени от начала такта передачи информации. В течение такта воспроизводят его форму по заданному закону в соответствии с одной из заданного набора форм. При необходимости периодически посылают импульс опорного сигнала. При тактово синхронизированном приеме конкретного М-арного сигнала получают поток битов, при необходимости распределяют его 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 М-арного сигнала формируют и передают в пределах такта длительностью Т в виде функции времени t, отсчитываемого от начала такта передачи информации и отнесенного к длительности такта,
0
i
j
р
m,n
n
n
j
0
j
j
j
j
m,n
m,n
n
n
m,n
i
min
i
max
min
max
i
min
max
min
i
р
р
р
p
kf
kc
kφ
kc
kf
kφ
, содержащей заданную положительную величину Р с размерностью энергии, одинаковую для всех М-арных сигналов. Параметры f, c, φ и x могут изменяться соответственно в зависимости от индексов i, j, р, m и n, где индексы i, j, p могут принимать значения соответственно от 1 до 2, 2, 2, индекс n может изменяться от 1 до N, индекс m может изменяться при заданном n от 1 до  Показатели степеней kf, kc, kφ и kx 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. Количество подгрупп равно количеству показателей степеней kf, kc, kφ, kx, отличных от нуля. Между вариантами битов в каждой подгруппе и соответствующим ей параметром с его конкретными индексами установлено заданным образом взаимно однозначное соответствие. Безразмерный параметр с определяет долю от величины Р, соответствующую энергии, передаваемой в конкретном импульсе. Значения c выбраны из диапазона 0<c≤1 и при kc≠0 преимущественно заданы в виде c=j/2, a при kc=0 значение c выбрано из указанного для него диапазона и фиксировано для всех М-арных сигналов. Безразмерные параметры x выбраны из диапазона 0≤x≤1 и при kx≠0 преимущественно заданы в виде , а при kx=0 значение x выбрано из указанного для него диапазона и фиксировано для всех М-арных сигналов. Несущая частота f, умноженная на длительность такта, выбрана из диапазона f≤f≤f, где f, f - заданное соответственно минимальное и максимальное значения параметра, и при kf≠0 преимущественно задана в виде f=f+(f-f)(i-1)/(2-1), а при kf=0 значение f выбрано из указанного для него диапазона и фиксировано для всех М-арных сигналов. Фаза φ при t=0 выбрана из диапазона 0≤φ≤2π и при kφ≠0 преимущественно задана в виде φ=2π(р-1)/(2-1), а при kφ=0 значение φ выбрано из указанного для него диапазона и фиксировано для всех М-арных сигналов.
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,
р
- регистрируют фазу и определяют соответствующую ей ближайшую по величине φ и соответствующий вариант из kφ битов,
uo
kc
- периодически измеряют и запоминают полную энергию Р опорного сигнала с j=2, причем при приеме следующего опорного сигнала эта информация обновляется,
u
uo
u
j
- вычисляют отношение Р/Р, где Р - полная энергия импульса, измеренная при приеме сигнала, и определяют соответствующее этому отношению ближайшее по величине c и соответствующий вариант из kc битов,
1
- измеряют энергию сигнала  за время , отсчитываемое от начала такта и заданное в виде , где n изменяется от 1 до N+2,
n
- преимущественно через изменение во времени энергии сигнала вычисляют y из выражения , где параметры  и  заданы в виде
,
,
…………………………………………………………………
здесь sign(z) равен 0, если z равно 0, равен 1, если z>0 и -1, если z<0, а  и  соответственно максимальное и минимальное значения из  и ,
m,n
m,n
n
m,n
n
- определяют x из заданных наборов x как ближайшие к вычисленным y и определяют соответствующие этим параметрам x варианты из kx битов.
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, импульс 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 работать с 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, в том числе осуществлять возможность передачи с одинаковой энергией сигналов в тактах.
Отметим, что для конкретной системы связи совокупность наборов параметров определена и упорядочена заданным образом. Упомянутое упорядочивание, подразумевающее возможную вариативность, обеспечивает дополнительное повышение защищенности передаваемой информации.
На следующем простом примере проиллюстрируем возможности заявляемого способа.
Передаем в такте информацию М-арным сигналом. В соответствии с заявляемым способом группа из k битов заданным образом разделена на подгруппы. 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
2
3
4
2. kc=2. Соответствующая подгруппа содержит 2 бита, индекс j принимает значения от 1 до 4, подгруппа включает четыре варианта, которым соответствуют набор параметров с=1/4, с=1/2, с=3/4, с=1.
m,n
n
l,n
2,n
3,n
4,n
5,n
6,n
7,n
8,n
3. Параметры x заданы в количестве N=10. Соответствующая каждому из этих параметров подгруппа содержит 3 бита (kx=3), индекс m принимает значения от 1 до 8, каждая подгруппа включает восемь для всех n одинаковых вариантов, которым соответствует набор параметров x=0, x=1/7, x=2/7, x=3/7, x=4/7, x=5/7, x=6/7, x=1.
При этом в рассматриваемом примере сумма битов всех подгрупп равна k=3+2+3×10=35.
m,n
n
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
m,n
m,n
n
5,1
2,2
3,3
l,4
7,5
4,6
6,7
6,8
6,9
5,10
m,n
n
5,1
1
2,2
2
3,3
3
1,4
4
7,5
5
4,6
6
6,7
7
6,8
8
6,9
9
5,10
10
-8
-3
-8
Приведем результаты математического моделирования передачи информации для рассматриваемого примера в части, касающейся определения параметров x. В соответствии с формулой изобретения в моменты времени , равные 0; 1/11; 2/11; 3/11; …; 10/11; 1 представлены  с погрешностью 7% и на основании всех необходимых, заранее определенных, параметров вычислены соответствующие им значения y: y=0.611429, y=0.152857, y=0.305714, y=-7.228708×10, y=0.917143, y=0.458571, y=0.764286, y=0.764285, y=0.764285, y=0.611429. Определены x из заданных наборов параметров x как ближайшие к вычисленным значениям y: х=0.571429(4/7), х=0.142857(1/7), х=0.285714(2/7), x=0, х=0.857143(6/7), х=0.428571(3/7), х=0.714286(5/7), х=0.714286(5/7), х=0.714286(5/7), x=0.571429(4/7). Для различимости параметров сигналов модули разностей |x-y| в данном примере не должны превышать 1/14=0.071429. Получены следующие значения указанных модулей: |x-y|=0.04, |x-y|=9.999996×10, |x-y|=0.02, |x-y|=7.228708×10, |x-y|=0.06, |x-y|=0.029999, |x-y|=0.050001, |x-y|=0.049999, |x-y|=0.05, |x-y|=0.04. Таким образом, параметры сигналов хорошо различаются.
k
35
В данном примере передачи информации, содержащейся в конкретной группе из k=35 битов, общее число возможных вариантов таких групп равно М=2=2=34359738368. В предложенном способе восстановление этой конкретной группы при приеме 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 с 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 М-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».