Способ передачи данных
METHOD OF DATA TRANSMISSION

Изобретение относится к технике связи, в частности способам передачи и приема информации, в том числе в гидроакустике.
Известен способ передачи данных в гидроакустических системах, использующий фазоманипулированные сигналы [«Акустический журнал» том 56, №2, 2010 год. «Цифровая акустическая связь в мелком море для океанологических применений» Б.Ф. Курьянов, М.М. Пенкин, стр. 245-255], основанный на формировании и последовательной передачи группы фазоманипулированных сигналов. В приемнике осуществляется последовательный прием и корреляционная обработка принятых сигналов. После корреляционной обработки осуществляется формирование информационного сообщения.
Недостатком указанного способа является низкая скорость передачи данных, вызванная последовательной передачей сигналов в виде М-последовательностей большой длины.
Известен «Способ передачи и приема информации посредством волн», описанный в [RU 2282944, опубликовано 27.08.2006, МПК H04L 27/10]. Способ включает этапы: согласование частотной характеристики разверток несущих в отношении положения частот, наклона и/или формы изменения несущей частоты от развертки к развертке переменным образом в соответствии с условиями канала передачи или режимом доступа к каналу передачи, наложения информационного сигнала на несущую волну, частота которой непрерывно или плавно изменяется на заданном интервале времени для формирования последовательности, состоящей, по меньшей мере, из двух разверток несущей, причем каждая развертка несущей несет одну или большее число единиц информации или битов, передачи сформированного сигнала, не содержащего в своем составе опорной составляющей, фильтрации принимаемого сигнала или очистки принимаемого сигнала от помех в частотной области для разделения многолучевых составляющих и оценки полученного сигнала в отношении параметров, несущих информацию.
Наиболее близким по технической сущности является «Способ передачи информации в системах связи с шумоподобными сигналами и программный продукт» [RU 2277760, опубликовано 27.05.2005, МПК H04L 27/32]. Способ заключается в том, что при передаче разделяют поток передаваемых битов информационного сигнала на последовательность передаваемых символов, каждый из которых содержит группу из n≥1 очередных следующих друг за другом битов потока; преобразуют каждый из передаваемых символов, имеющих заданную длительность, в один из заранее заданных шумоподобных сигналов той же длительности; при передаче в каждом из передаваемых символов комбинацию из k битов, где 0≤k<n, на заранее заданных позициях преобразуют в один из заранее заданных шумоподобных сигналов; комбинацию из оставшихся n-k битов того же передаваемого символа в соответствии с выбранным методом кодирования преобразуют во временную задержку при формировании шумоподобного сигнала; передают полученную при таком преобразовании последовательность шумоподобных сигналов; при приеме осуществляют оптимальный прием по максимуму корреляции с соответствующим одним из заранее заданных шумоподобных сигналов для выделения передаваемых символов, при приеме определяют комбинацию из k битов каждого передаваемого символа, соответствующую тому из заранее заданных шумоподобных сигналов, который обеспечил максимум корреляции при оптимальном приеме данного передаваемого символа; определяют величину задержки между максимумами корреляции в каждой паре следующих друг за другом передаваемых символов, по которой определяют в соответствии с методом, обратным выбранному методу кодирования, комбинацию из n-k битов для первого передаваемого символа в упомянутой паре.
Недостатками указанных способов является низкая скорость передачи данных при достаточной помехоустойчивости. Для увеличения скорости передачи данных в указанных способах необходимо уменьшать длительность передаваемого сигнала, что приводит к ухудшению корреляционных свойств сигнала, снижению энергии сигнала и соответственно к уменьшению помехоустойчивости и дальности работы.
Задачей предлагаемого изобретения является создание высокоскоростного способа передачи данных с высокой помехоустойчивостью.
Техническим результатом предлагаемого способа передачи данных является повышение скорости передачи данных.
Сущность изобретения состоит в том, что формируют N-битовые сообщения передающим абонентским устройством, где N - целое число, большее либо равное единице. Преобразуют каждый из N бит в заранее заданный сигнал, передают полученные сигналы в среду распространения сигнала, принимают переданные сигналы, формируют N-битовое сообщение приемным абонентским устройством.
Новым в заявляемом способе является то, что перед сеансом связи формируют массив из М сигналов из заранее заданных ортогональных сверхширокополосных хаотических сигналов, где M=2N, таким образом, что каждая пара ортогональных сверхширокополосных хаотических сигналов соответствует двум значениям каждого из N бит. После формирования N-битовых сообщений передающим абонентским устройством, формируют пачку из Р N-битовых сообщений, где Р целое число большее либо равное единице, в каждом из Р сообщений преобразуют каждый из N бит сообщения в соответствующий сигнал из массива М ортогональных сверхширокополосных хаотических сигналов, формируют суммарный информационный сигнал из N сигналов, формируют пачку из Р суммарных информационных сигналов. Затем формируют синхросигнал, преобразуют синхросигнал в заранее заданный ортогональный сверхширокополосный хаотический сигнал, последовательно передают синхросигнал и упомянутую выше пачку информационных сигналов в среду распространения сигнала. После приема синхросигнала осуществляют свертку принятого сигнала с ортогональным сверхширокополосным хаотическим сигналом соответствующим синхросигналу. При превышении заранее заданного порога сигналом, полученным в результате свертки, для каждого из Р принятых суммарных информационных сигналов осуществляют свертку суммарного информационного сигнала одновременно с каждым из М ортогональных сверхширокополосных хаотических сигналов, сравнивают амплитуды сверток суммарного информационного сигнала с ортогональными сверхширокополосными хаотическими сигналами, соответствующими двум значениям каждого из N бит. Затем по номеру ортогонального сверхширокополосного хаотического сигнала, амплитуда свертки с которым имеет большую величину, определяют значение каждого из N бит сообщения.
На фигуре представлена структурная схема передающей А) и приемной Б) частей системы связи.
Способ передачи данных может быть реализован при работе системы связи, состоящей из передающей части, содержащей передающее абонентское устройство (1), кодирующее устройство (2), передающую аппаратуру (3), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) передающей части (4), синхронизатор передающей части (5), излучающую антенну (6), и приемной части, содержащей приемную антенну (7), приемную аппаратуру (8), декодирующее устройство (9), приемное абонентское устройство (10), ПЗУ приемной части (11), синхронизатор приемной части (12).
Вход передающего абонентского устройства (1) соединен с четвертым выходом синхронизатора передающей части (5). Выход передающего абонентского устройства (1) соединен с первым входом кодирующего устройства (2), второй вход которого подключен к выходу ПЗУ передающей части (4), а третий вход кодирующего устройства (2) подключен к первому выходу синхронизатора передающей части (5). Выход кодирующего устройства (2) подключен к первому входу передающей аппаратуры (3), второй вход которой подключен ко второму выходу синхронизатора (5). Третий выход синхронизатора передающей части (5) подключен к входу ПЗУ передающей части (4). Выход передающей аппаратуры (3) подключен к входу передающей антенны (6).
Выход приемной антенны (7) подключен к первому входу приемной аппаратуры (8). Второй вход приемной аппаратуры (8) подключен к первому выходу ПЗУ приемной части (11). Первый выход приемной аппаратуры (8) подключен ко второму входу синхронизатора приемной части (12), второй выход приемной аппаратуры (8) подключен к первому входу декодирующего устройства (9). Второй выход ПЗУ приемной части (11) подключен ко второму входу декодирующего устройства (9). Первый выход декодирующего устройства (9) подключен к первому входу приемного абонентского устройства (10), второй вход которого соединен со вторым выходом синхронизатора приемной части (12). Первый вход синхронизатора приемной части (12) подключен ко второму выходу декодирующего устройства (9). Первый выход синхронизатора приемной части (12) подключен к входу ПЗУ приемной части (11).
Способ передачи данных может быть реализован в различных системах связи - радиотехнических, гидроакустических, оптических.
Осуществление изобретения покажем на основе гидроакустической системы связи.
Передающее абонентское устройство (1) формирует по сигналу от синхронизатора передающей части (5) передаваемую информацию, которую далее делит на N-битовые сообщения (для дальнейшего описания примем N=8), то есть объем каждого передаваемого сообщения будет равным одному байту. Передаваемая информация собирается в пачки, содержащие Р сообщений. Абонентским устройством может быть, например, блок управления необитаемым подводным аппаратом, принимающим передаваемую информацию.
Передача данных по гидроакустическому каналу осуществляется информационным сигналом, состоящим из суммы ортогональных сверхширокополосных хаотических сигналов (ОСШПХ), ансамбль которых сформирован заранее в цифровом виде для конкретного значения N бит и записан в ПЗУ как передающих (4), так и приемных частей (11) абонентов. Ансамбль ОСШПХ сигналов может быть сформирован, например, по алгоритмам, представленным в публикации «Разработка и исследование сложных хаотических сигналов для использования в широкополосных информационных цифровых технологиях» [«Журнал радиоэлектроники», №7, 2012 год, авторы Р.В. Беляев, В.В. Колесов].
Для кодирования сообщения на передачу для абонентов используют массив из 2N=16 (шестнадцати) ОСШПХ сигналов.
По команде от синхронизатора (12) в соответствии со значениями битов в байте передаваемого сообщения выбираются соответствующие восемь ОСШПХ сигналов из ПЗУ передающего устройства (4) и передаются в кодирующее устройство (2). Далее в кодирующем устройстве (2) складываются выбранные восемь ОСШПХ сигналов в цифровом виде в один информационный сигнал. Аналогично производится кодирование информации для нескольких сообщений (байт), из которых далее формируется пачка из Р сообщений (байт).
После формирования пачки по команде синхронизатора передающей части (5) производится выбор ОСШПХ синхросигнала, подгружаемого из ПЗУ передающего устройства (4), и формируется синхросигнал, который далее ставится в начале пачки.
Сформированный сигнал, содержащий синхросигнал и пачку, по команде от синхронизатора передающей части (5) поступает в передающую аппаратуру (3). Далее в передающей аппаратуре (3) происходит преобразование сформированного сигнала в аналоговый вид и его излучение в водную среду передающей антенной (6).
Приемная часть абонента осуществляет прием сформированного сигнала приемной антенной (7), его усиление, фильтрацию и аналого-цифровое преобразование в приемной аппаратуре (8). В приемной аппаратуре (8) производится постоянный поиск синхросигнала за счет осуществления свертки принятого сигнала и ОСШПХ сигнала, соответствующего синхросигналу, хранящемуся в ПЗУ приемной части (11) абонента. При превышении амплитуды сигнала, полученного в результате свертки, над заданным порогом, принимается решение об обнаружении синхросигнала, после чего поступает команда в синхронизатор приемной части (12).
После обнаружения синхросигнала по команде от синхронизатора приемной части (12) включается одновременная корреляционная обработка суммарного информационного сигнала со всеми шестнадцатью сигналами в приемной аппаратуре абонента. Благодаря корреляционным свойствам ОСШПХ сигналов декодирование каждого бита информации в байте происходит с минимальным влиянием остальных ОСШПХ сигналов. Результаты обработки поступают в декодирующее устройство (9), где путем сравнения амплитудных значений сигналов свернутых с каждым из двух ОСШПХ сигналов, соответствующих двум значениям каждого бита, определяется значение каждого бита информации. По окончании процесса декодирования со второго выхода декодирующего устройства (9) поступает сигнал на первый вход синхронизатора (12), который дает команду на считывание данных в приемное абонентское устройство (10). Таким образом, из суммарного информационного сигнала выделяются все восемь бит информации. Далее процесс декодирования повторяется для всех Р сообщений (байт) принятой пачки.
ОСШПХ сигналы изменяются как по фазе, так и по амплитуде, что позволяет создавать ансамбли ортогональных сигналов большой величины, обладающих высокими корреляционными свойствами даже при малой длительности, и таким образом позволяют передавать за один временной интервал большое количество информации: 64, 128 и т.д. бит. При этом длительности ОСШПХ сигналов могут быть выбраны из расчета энергетических соотношений для достижения требуемой дальности работы. Таким образом, предлагаемый способ позволяет существенно повысить скорость передачи данных с высокой помехоустойчивостью.