СПОСОБ КОДИРОВАНИЯ И ПЕРЕДАЧИ ЦИФРОВОЙ ИНФОРМАЦИИ
METHOD FOR ENCODING AND TRANSMITTING DIGITAL INFORMATION

Изобретение относится к системам беспроводной связи, а именно к технике цифровой связи, и может быть использовано для передачи дискретной информации по радиоканалам связи.
Известно достаточно много способов физического кодирования цифровой информации. Наиболее эффективной в настоящее время считается многопозиционная манипуляция несущей, которая существует в виде двух основных видов: фазовая PSK и квадратурно-амплитудная QAM. При этом используется и излучается в эфир одна несущая частота.
Устройства, реализующие данные способы описаны в ряде источников, в частности, см. Скляр, Бернард. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение / Digital Communications: Fundamentals and Applications. - 2 изд. - M.: «Вильяме», 2007. - С. 1104. - ISBN 0-13-084788-7.
Недостатком этих устройств и реализуемых в них способов кодирования является ограничения по скорости передачи данных, связанные со сложностью приема сигналов, подвергнутых многопозиционной манипуляции при достаточно больших значениях параметра m.
Наиболее близким по технической сущности является принятый в качестве прототипа способ пространственного кодирования и передачи цифровой информации, заключающийся в том, что цифровые сигналы излучают в виде радиоволн через антенный блок, содержащий N радиально расположенных в одной плоскости антенн. Антенны имеют различную поляризацию излучения, для чего их располагают в вертикальной плоскости под разными углами к горизонту. Каждый из цифровых сигналов направляют на определенную антенну. Антенный блок из N антенн условно разделяют на n независимых секторов. Антенны каждого из секторов в отдельности или нескольких секторов одновременно при помощи блока управления могут подключаться к источнику цифровой информации независимо (см. патент РФ № 2730422, МПК Н03М 13/00, опубл. 2020 г.).
Недостатком известного способа является необходимость иметь антенный блок в виде нескольких антенн.
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение эффективности способа расширения алфавита кодовых сообщений за счет использования при кодировании нескольких частот при одновременном упрощении конструкции антенного блока.
n
Решение поставленной технической задачей достигается тем, что в способе кодирования и передачи цифровой информации, заключающимся в том, что цифровые сигналы излучают в виде радиоволн через антенный блок, связанный через коммутатор с логическим устройством и источником информации и условно разделенных на n независимых секторов, причем каждый сектор в отдельности или несколько секторов одновременно выполнены с возможностью независимого подключения к источнику цифровой информации, согласно изобретению сигналы от источника цифровой информации поступают на блок управления, в котором при помощи матрицы соответствия они соотносятся с определенным набором управляющих сигналов, которые управляют состоянием ключей, и которые одновременно воздействуют на ряд ключей, на каждый из которых при этом поступает соответственно одна из n частот от синтезатора частот, причем выходы ключей соединены с суммирующим устройством, сигнал с которого поступает на антенный блок, выполненный в виде одной антенны, при этом максимальное число комбинаций из излучаемых в эфир частот определяется формулой В=2, где n - число частот синтезатора или ключей, обеспечивающих коммутацию частот синтезатора при подаче их на суммирующее устройство.
Решение поставленной технической задачи становится возможным благодаря тому, что для передачи различных значений кодов, поступающих от источника цифровой информации, используются различные комбинации из разных частот, формируемых синтезатором частот. Синтез указанных комбинаций, а именно выбор того или иного количества частот, поступающих затем на суммирующее устройство и излучаемых в дальнейшем в эфир, осуществляется при помощи ключей, открытое или закрытое состояние которых контролируется управляющими сигналами - «0» или «1» от блока управления.
Состояния ключей имитируют работу двухпозиционного элемента двоичной системы. Очевидно, что поскольку каждый из ключей может находиться в двух состояниях - «0» или «1», то и сигнал на выходе ключа может либо присутствовать, либо отсутствовать. Сигналом в данном случае является соответствующая частота, поступающая на определенный ключ от синтезатора частот, и которая «жестко» к данному ключу привязана.
n
n
10
Согласно правилам Комбинаторики (см., например, Комбинаторика, Виленкин Н.Я., Виленкин А.Н., Виленкин П.А., 2006), из n ключей, способных находиться в двух состояниях - либо открытом, либо закрытом, можно составить В=2 различных комбинаций выходных сигналов. Следовательно, таким способом можно передать 2 элементарных сообщений (кодов). В нашем случае рассмотрен пример, когда используется 10 частот. В этом случае общее число комбинаций В=2=1024. Это значит, что предлагаемая схема позволяет одним сигналом передать любое из 1024 значений кода.
11
13
Следует особо указать на тот факт, что увеличение количества частот всего на одну единицу влечет за собой каждый раз удвоение объема алфавита системы. Так, например, задействование не 10, а 11 частот, дает алфавит объемом В=2=2048. А применение 13 частот, реализация чего также схемотехнических сложностей не представляет позволяет получить алфавит: В=2=8192. Оба указанные значения - величины для ныне существующих технологий совершенно не достижимые.
Таким образом достигается одна из поставленных технических задач, а именно повышение эффективности способа расширения алфавита кодовых сообщений за счет использования при кодировании нескольких частот.
Вторая техническая задача - упрощение блока антенн достигается тем, что пакет сформированных кодообразующих частот излучается при помощи антенного блока, содержащего одну антенну.
Способ кодирования цифровой информации поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена блок-схема, поясняющая принцип частотного кодирования с использованием несущих частот, количество которых равно 10, а именно, f1…f10. На фиг. 2 представлена частотно-временная матрица, поясняющая принцип кодирования информации при помощи различных комбинаций из наборов частот.
На фиг. 1 приняты следующие обозначения:
ИЦИ - источник цифровой информации;
БУ - блок управления устройства;
i
m - число состояний, в которых может находиться n антенный сектор;
К1 - К2 ключи;
F1 - f10 - частоты, поступающие на ключи от синтезатора частот;
Σ - сумматор сигналов, появляющихся на выходе ключей.
Способ кодирования цифровой информации заключается в том, что цифровые сигналы излучают в виде радиоволн через антенный блок, содержащий одну антенну.
Двоичный код от источника 1 цифровой информации поступает на блок 2 управления. Последний при помощи предварительно сформированной матрицы устанавливает взаимно-однозначное соответствие данного кода и некоторой комбинации частот, которые в дальнейшем будут одновременно излучены в эфир через антенну 10.
Сформированный блоком 2 управления код поступает на блок 3 ключей. Последний представляет собой n (в качестве примера показано n=10), параллельно включенных электронных ключей K1…К10, поз. 4, 5, 6, 7, которые управляют доступом советующих частот F1…F10 от синтезатора 8 частот к сумматору 9. В скобках условно показано, что ключи К1, К2, К3, К10 находятся в открытом состоянии («1»), а остальные ключи - К4, К5, К6, К7, К8, К9 - считаются находящимися в закрытом («0») состоянии. То есть сигналы от синтезатора 8 частот на суммирующее устройство 9 через них не поступают, а следовательно в эфир и не излучаются. В приведенном примере предполагается, что в рассматриваемый момент передается код, соответствующий числу «7» (см. фиг. 2). С выхода сумматора 9 сигнал поступает на антенну 10 и излучается в эфир.
n
Количество комбинаций, которые можно составить, используя n частот определяется величиной В=2. Данное значение рассчитывается по правилам комбинаторики исходя из того, что любой из ключей системы может находиться в двух состояниях - либо открытом, либо закрытом. Очевидно, на выходе сумматора 9 соответственно будет появляться лишь та частота, которая поступает на сумматор 9 через открытый в данный момент ключ. В зависимости от кода, поступившего на ряд ключей от блока 2 управления, как количество частот, так и их сочетание будет различным. К примеру, при двух излучаемых частотах это могут быть и f2 - f7, а могут быть f5 - f9, и т.д.
n
Согласно изобретению для того, чтобы упростить конструкцию антенного блока и расширить алфавит передаваемых сообщений, антенный блок выполнен в виде одной антенны 10. Прежде чем попасть на антенну 10 сигналы от источника 1 цифровой информации передаются в блок 2 управления. Последний содержит матрицу соответствия, где исходный сигнал соотносятся с выходными сигналами блока управления. Ключи могут принимать либо единичное, либо нулевое значения, и которые поступают соответственно на каждый из n ключей. На вторые входы ключей подаются частоты от синтезатора 8 частот, позволяя таким образом сформировать В=2 комбинаций выходного сигнала, где n - количество ключей, совпадающее с количеством частот, на выходе синтезатора 8 частот. Выходы ключей объединяются суммирующим устройством 9, сигнал с которого поступает далее на антенну 10 и излучается в эфир.
Пример реализации способа для случая использования синтезатора 8 на десять частот при передаче четырех чисел - «7», «1001», «19» и «375» иллюстрирует фиг. 2.
На рисунке представлена частотно-временная матрица кодирования четырех различных чисел. Пример в графической форме показывает, что для передачи, к примеру, числа «7» необходимо в течение одного такта излучить в эфир одновременно четыре сигнала на четырех различных частотах. Это означает, что для этого с блока 2 управления разрешающий сигнал («1»), поступит только на ключи, соответствующие этим частотам: К1(F1), К2(F2), К9(F3), К10(F10). Остальные частоты в спектре излучаемого сигнала будут отсутствовать.
Аналогично, для передачи числа «1001» необходимо задействовать одну частоту - F9; числа «19» - две: F2 и F9; числа «375» - три частоты: F3, Fn, F9 соответственно.
Устройство, реализующее способ содержит: источник 1 цифровой информации, блок 2 управления, блок 3 ключей, ключи 4…7, входящие в состав блока ключей, синтезатор 8 частот, сумматор 9 сигналов, антенна 10.
Устройство, реализующее способ, работает следующим образом.
С выхода источника 1 цифровой информации сигнал в двоичном коде поступает на блок 2 управления. Последний содержит массив данных (чисел), соответствующих различным комбинациям из n частот, которые создаются синтезатором 8 частот, и которые в дальнейшем используются для кодирования сообщения.
Задача блока 2 управления заключается в том, чтобы сделать надлежащую выборку требуемого числа из данного массива и присвоить ему некую комбинацию выходных сигналов в виде разрешающих - «1» или запрещающих - «0» сигналов, для подачи последних в качестве управляющих на ключи К1 - К10. Сформированный таким образом набор состояний ключей 4…7 образует код, соответствующий первоначальному двоичному числу, поступившему от источника 1 цифровой информации.
Под воздействием управляющих сигналов блок 3 ключей пропускает на сумматор 9 соответствующие частоты, которые с выхода сумматора 9 поступают на антенный блок, состоящий из одной антенны 10, расположенной в одной из плоскостей.
Изобретение позволяет удваивать алфавит передаваемых сообщений простым добавлением всего лишь одной частоты от синтезатора частот и, соответственно, одного ключа в блок ключей, что позволяет повысить эффективность способ расширения алфавита кодовых сообщений за счет использования при кодировании нескольких частот.
При этом излучение сигналов осуществляется более простым антенным блоком, выполненным в виде одной антенны.
Таким образом, изобретение позволяет решить поставленную техническую задачу - повышение эффективности способа расширения алфавита кодовых сообщений за счет использования при кодировании нескольких частот при одновременном упрощении конструкции антенного блока.