Способ кодирования и декодирования информации

Реферат

 

Использование: в вычислительной технике. Сущность изобретения: способ кодирования и декодирования информации позволяет повысить достоверность декодирования информации в условиях действия помех с уровнем отношения сигнал-шум -1 и обеспечивает устойчивое декодирование информации вне зависимости от фазы входного сигнала. Для этого при кодировании каждый бит информации - ноль, единица и синхросигнал - формируют в виде одного периода заданной длительности T0, T1 и Tс соответственно синусоидального напряжения амплитудой Uа. Формирование периода T0, T1 и Tс осуществляют в соответствии с выбранными соотношениями. Декодирование информации производят путем формирования временного интервала Tx между моментом его снижения до отрицательного уровня шумов dUa и в зависимости от зафиксированного значения Tx определяют передаваемую кодовую информацию. Такой способ кодирования и декодирования повышает достоверность информации. 1 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности, к технике кодирования и декодирования информации.

Известен способ кодирования и декодирования информации [1] заключающийся в том, что при кодировании каждый бит информации ноль, единица и синхросигнал, формируют в виде нескольких синусоидальных сигналов определенного периода, а при декодировании формирование кодовой посылки производят путем определения резонансной частоты.

Недостаток этого способа кодирования и декодирования информации состоит в малом быстродействии (на передачу одного бита информации требуется несколько периодов синусоидального сигнала).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ кодирования и декодирования информации [2] заключающийся в том, что при кодировании каждый бит информации ноль, единица и синхросигнал формируют в виде одного заданной длительности периода синусоидального напряжения амплитудой Ua, а при декодировании вне зависимости от фазы входного сигнала в условиях действия помех с уровнем отношения сигнал шум -1 определяет период синусоидального напряжения.

Недостаток этого способа кодирования и декодирования информации состоит в том, что в условиях действия помех или при изменении фазы входного сигнала этот способ не обеспечивает достоверного декодирования.

Цель изобретения повышение достоверности декодирования информации в условиях действия помех с уровнем отношения сигнал шум -1 и обеспечение устойчивого декодирования информации вне зависимости от фазы входного сигнала.

Для этого способ кодирования и декодирования информации, заключающийся в том, что при кодировании каждый быт информации ноль, единица и синхросигнал формируют в виде одного заданной длительности периода синусоидального напряжения амплитудой Ua, а при декодировании вне зависимости от фазы входного сигнала в условиях действия помех с уровнем отношения сигнал шум -1 определяют период синусоидального напряжения, осуществляют формирование периода То, Т1 и Тссинусоидального напряжения при кодировании соответственно ноля, единицы и синхросигнала из условия T1- > T1+ , T1- > To+ 2 To+T, а декодирование информации производят путем формирования временного интервала Тх между моментом прохождения нарастающего входного сигнала через ноль и моментом его снижения до отрицательного уровня шумов Ua, при этом формирование кодовой информации "ноль" производят при условии 1- Tx 1+ + Tc, кодовой информации "единица" при условии 1- Tx 1+ + Tc и кодовой информации "синхросигнал" при условии 1- Tx 1+ .

На чертеже представлены выходной сигнал кодирующего устройства L и возможные границы L' и L" изменения входного сигнала декодирующего устройства в условиях действия помех, где Т0, Т1, Тс соответственно период сигнала кодовой информации "0", "1" и "С" (синхросигнал), Ua амплитуда кодированного сигнала L, Ua уровень сигнала помехи, Тхo', Txo и Txo", T'X1, TX1 и T"X1, T'xc, Txc и Txc" соответственно минимальное, среднее и максимальное значение длительности дешифрируемой части кодовой информации "0", "1" и "С", o, 1 и с максимально возможное смещение входного сигнала кодовой информации "0", "1" и "С" соответственно относительно среднего (идеального) входного сигнала.

Будем считать, что сигналы помехи имеет произвольную форму (например, белый шум) с амплитудой не превышающей значения Ua, где отношение амплитуды сигнала помехи к амплитуде полезного сигнала Ua.

Кодирование информации осуществляется следующим образом.

При передаче бита информации "0" кодирующее устройство формирует синусоидальное напряжение L амплитудой Ua и периодом То, при передаче бита информации "1" формируется синусоидальное напряжение L той же амплитудой и периодом Т1 и при передаче бита "С" формируется такое же напряжение периодом Тс. Любому биту информации соответствует один период синусоидального напряжения.

Декодирование информации осуществляется следующим образом.

Декодирующее устройство определяет длительность Тх между нулевым значением нарастающего входного сигнала (положительная скорость изменения) и значением входного сигнала, равным минус Ua. В зависимости от полученного значения Тх (см. чертеж) коду присваивается значение "0", "1" или "С" "0" __ To- T < Tx< To+T "1" __ T1- T < Tx< T1+T (1) "C" __ Tc- T < Tx< Tc+T при этом должны выполняться условия (T1-To) > T + T (Tc-T1) > T + T (2) где Ti' и Ti" (i=0,1,C) некоторые значения. Учитывая, что входной сигнал содержит помеху, уровень которой не превышает Ua, определим возможные границы L' и L" изменения входного сигнала. На показан идеальный сигнал L, соответствующий биту "0", "1" и "С". Границу L' можно определить из условия L'=L- Ua, а границу L" из условия L"=L+ + Ua. При этом будем иметь в виду, что входной сигнал может иметь любую форму, но расположен всегда между линиями L' и L".Нетрудно показать, что минимально возможная формируемая длительность Tx', средняя формируемая длительность Txi и максимально возможная формируемая длительность Txi" связаны соотношением o= (3) 1= (4) c= (5) Будем считать, что сигнал L имеет фазу "0", если каждый бит информации начинается с нуля, имея положительную скорость нарастания (см. чертеж) и фазу "180о", если бит информации начинается с нуля, имея отрицательную скорость изменения (противоположная фаза входного сигнала). Будем предполагать, что кодирующее устройство всегда формирует фаза "0" сигнала L, а канал передачи информации (например, радиоканал) может изменять фазу кодируемого сигнала L, причем заранее фаза этого сигнала не определена.

Найдем возможные пределы изменения декодируемой длительности Txi с учетом сигналов помехи и неопределенности фазы входного сигнала. Минимальное значение Txo формируется при фазе "0" входного сигнала и если этот сигнал соответствует линии L' (Txi значение Тх, соответствующее биту i), при этом (Txomin= o. Максимальное значение Тхоформируется при фазе "180о" входного сигнала и если при этом сигнал соответствует линии L", а после формирования бита "С" производится формирование бита "С" (т.е. при фазе "180о" входной сигнал изменяется по линии L" в интервале [A, B] (см. чертеж), затем по линии FK в интервале [B, C] В этом случае Txomax= +2o+c.

Иначе o Tox +2o+c (6) Аналогично можно получить предельные значения декодируемых значений Тх1и Тхс.

1 T1x +21+c (7) c Tcx +3c (8) Для осуществления достоверного декодирования необходимо выполнить условия (2). Выберем ToII=2o+c, T1I=1+c (9) T1II= 21+c, TcI= 2c Полагая, что sin ( 1), из (2) с учетом (9) имеем T1- > T1+ , T1- > To+ To+T (10) Неравенства (6), (7) и (8) примут вид 1- Tox 1+ + Tc (11) 1- T1x 1+ + Tc (12) 1- Tcx 1+ (13) Таким образом, при кодировании бита информации "0", "1" и "С" формируют период синусоидального напряжения То, Т1 и Тс в соответствии с (10), а при декодировании информации фиксируют длительность Тхi между нулевым значением нарастающего входного сигнала и значением входного сигнала, равным минус Ua и при формировании соответствующего бита информации используют условия (11), (12) и (13), тем самым осуществляют достоверное кодирование и декодирование информации в условиях действия помех с уровнем отношения сигнал шум -1 вне зависимости от фазы входного сигнала.

Покажем на примере эффективность предлагаемого способа кодирования и декодирования информации. Пусть 0,2. Из (10) имеем 0,8Тс>1,1Т1. Выберем Тс=10 мс и Т1= 6 мс. С учетом выбранных Тс и Т1 из (10) имеем То<4,6. Пусть То=4 мс. Определим интервал времени Тхi. С учетом (11), (12) и (13) декодирование осуществляют следующим образом.

"0" __ 1,87 мс Tox 2,56 мс (14) "1" __ 2,80 мс T1x 3,70 мс (15) "C" __ 4,68 мс Tcx 5,95 мс (16) В пределы (14), (15) и (16) укладываются все варианты изменения входного сигнала в условиях действия помех как при фазе "0", так и при фазе "180о" входного сигнала. Иными словами предлагаемый способ кодирования и декодирования информации обеспечивает абсолютную достоверность передачи кодовой информации, так как пределы изменения интервалов Тхо, Тх1 и Тхсне пересекаются.

Определим достоверность передачи кодовой информации известным способом. Пусть декодирующее устройство определяет длительность (период) Тi между двумя соседними нулевыми значениями нарастающего входного сигнала. Если фаза входного сигнала "180o", то в рассматриваемых условиях пределы изменения периода Тi для разных бит информации определяются неравенствами "0" __ To-4o To To+2o+ Tc+2c "1" __ T1-21+ To-2o T1 T1+21+ Tc+2c "C" __ Tc-2c+ To-2o Tc Tc+4c В условиях рассматриваемого примера 3,52 мс То 7,84 мс 4,4 мс Т1 8,96 мс (17) 6,16 мс Тс 11,2 мс Как следует из (17), известный способ кодирования и декодирования информации не обеспечивает достоверной передачи информации в условиях действия помех и возможности изменения фазы входного сигнала, поскольку интервалы То, Т1 и Тс пересекаются, следовательно, отсутствуют условия для однозначного декодирования информации.

Если фаза входного сигнала "0", то в условиях действия помех (входной сигнал произвольно располагается между линиями L' и L") значения То, Т1 и Тс лежат в пределах To-o To To+2o T1-1 T1 T1+21 Tc-c Tc Tc+2c из-за возможности достижения нарастающим входным сигналом нулевого значения на интервале [B', B] Для рассматриваемого примера 1,88 мс То 4,24 мс 2,82 мс Т1 6,36 мс (18) 4,7 мс Тс 10,6 мс Как следует из (18) и при фазе "0" входного сигнала известный способ также не обеспечивает достоверного декодирования сигнала в условиях действия помех.

Формула изобретения

СПОСОБ КОДИРОВАНИЯ И ДЕКОДИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИИ, заключающийся в том, что при кодировании управляющего слова каждый бит информации нуль и единица - формируют в виде одного заданной длительности периода синусоидального напряжения амплитудой Uа, а декодирование в условиях действия помех с уровнем отношения сигнал-шум -1, осуществляют посредством определения временных интервалов, отличающийся тем, что перед началом каждого управляющего слова формируют синхросигнал в виде одного заданной длительности Tс периода синусоидального напряжения, при этом формирование периода To, T1 и Tс синусоидального напряжения при кодировании соответственно нуля, единицы и синхросигнала осуществляют из условия а декодирование информации производят путем формирования временного интервала Tx между моментом прохождения нарастающего входного сигнала через нуль и моментом его снижения до отрицательного уровня шумов, при этом формирование кодовой информации "Нуль" производят при условии кодовой информации "Единица" при условии в кодовой информации "Синхросигнал" при условии

РИСУНКИ

Рисунок 1