Система передачи и приема информации

Система передачи и приема информации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к технике связи, а точнее - к системам передачи и приема информации (СППИ) посредством цифровой связи. Рост числа операторов и абонентов, в том числе сотовой связи, обостряет проблему рационального использования частотного ресурса, что, в свою очередь, требует дальнейшего развития и совершенствования систем и способов передачи и приема информации. Изобретение позволяет увеличить емкость любой существующей СППИ при заданном количестве отведенных для работы системы полос частот или обеспечить заданную емкость системы меньшим количеством полос частот, т.е. сэкономить частотный ресурс и увеличить технико-экономическую эффективность систем связи с учетом всех компонентов, влияющих на ее полную стоимость и технические показатели.

Известна система передачи и приема информации [Радиотехника: Энциклопедия / под ред. Ю.Л.Мазора и др. - М.: Издательский дом «Додэка - XXI», 2002, с.63-64], признаки которой реализованы, по существу, во всех соответствующих системах и являющаяся аналогом предлагаемому техническому решению. Эта система содержит функционально последовательно связанные источник информации, физико-электрический преобразователь информации, кодер, передающее устройство, канал связи, приемное устройство, декодер, электрофизический преобразователь информации, потребитель информации.

Наиболее близким аналогом (прототипом) настоящего изобретения является система передачи и приема информации от источников информации к ее потребителям посредством цифровой связи, в которой каждый k-тый, где , из K_n источников информации из n-той группы источников информации, где , подключен, в том числе, при необходимости ее форматирования в цифровой поток через свой блок форматирования, к одному из К_n входов n-того блока уплотнения синхронизированных бинарных цифровых потоков, который выходом подключен через снабженный генератором несущей частоты n-тый модулятор высокочастотного сигнала к передатчику, функционально связанному через канал передачи, совместимый с передаваемым высокочастотным сигналом, по крайней мере с одним приемником, который подключен через n-тый демодулятор высокочастотного сигнала ко входу по крайней мере одного n-того блока разуплотнения синхронизированного цифрового потока, каждый из К_n выходов которого подключен, в том числе, при необходимости форматирования цифрового потока в поток информации через свой блок форматирования, к соответствующему потребителю информации, при этом все указанные блоки функционально связаны с системой синхронизации, а при необходимости обеспечения множественного доступа, например, с кодовым разделением, в систему передачи и приема информации перед передатчиком введены умножитель модулированного сигнала s_n(t)=A_n(t)cos[ω₀t+ψ_n(t)] на кодовый сигнал g_n(t), причем кодовые функции {g_n(t} приблизительно взаимно ортогональны, и блок множественного доступа, имеющий N входов для доступа потоков сигналов g_n(t)s_n(t), в том числе других групп источников информации, и их суммирования, а после приемника введен блок множественного доступа, имеющий N выходов синхронизированных потоков сигналов, в том числе для других групп потребителей информации, и выполненный с возможностью синхронизированного умножения принятого сигнала на каждый n-тый из N кодовых сигналов g_n(t) с выделением каждого n-того сигнала g_n ²(t)s_n(t), подаваемого на вход n-того демодулятора сигнала [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, 782, 783)]. Недостатком известных СППИ и прототипа по сравнению с заявляемой СППИ является исчерпание ими возможности дальнейшего повышения их технико-экономической эффективности.

Сущность изобретения направлена на повышение технико-экономической эффективности СППИ благодаря введению в блок уплотнения процессора, выполненного с возможностью производства упорядоченного одновременного за такт считывания двоичных цифр х_k=0,1 синхронизированных бинарных цифровых потоков, умножения x_k на положительные числа а_k, которые образуют, например, из быстровозрастающих чисел посредством применения схемы Меркла-Хэллмана, и суммирования величин а_kx_k с получением потока цифровых символов и введению в блок разуплотнения процессора, выполненного с возможностью производства одновременного за такт преобразования потока цифровых символов S_n в соответствии со схемой Меркла-Хэллмана в поток цифровых символов и преобразуют согласно соотношению , если , х_i=1, если , где i=K_n-1, K_n-2, ..., 1 и х_i=0 в других случаях, в К_n синхронизированных бинарных цифровых потоков, подаваемых упорядоченно, как при упомянутом считывании, к выходам блока разуплотнения.

Для достижения указанного технического результата в системе передачи и приема информации от источников информации к ее потребителям посредством цифровой связи, в которой каждый k-тый, где , из К_n источников информации из n-той группы источников информации, где , подключен, в том числе при необходимости ее форматирования в цифровой поток через свой блок форматирования, к одному из К_n входов n-того блока уплотнения синхронизированных бинарных цифровых потоков, который выходом подключен через снабженный генератором несущей частоты n-тый модулятор высокочастотного сигнала к передатчику, функционально связанному через канал передачи, совместимый с передаваемым высокочастотным сигналом, по крайней мере с одним приемником, который подключен через n-тый демодулятор высокочастотного сигнала ко входу по крайней мере одного n-того блока разуплотнения синхронизированного цифрового потока, каждый из К_n выходов которого подключен, в том числе при необходимости форматирования цифрового потока в поток информации через свой блок форматирования, к соответствующему потребителю информации, при этом все указанные блоки функционально связаны с системой синхронизации, а при необходимости обеспечения множественного доступа, например, с кодовым разделением, в систему передачи и приема информации перед передатчиком введены умножитель модулированного сигнала s_n(t)=A_n(t)cos[ω₀t+ψ_n(t)] на кодовый сигнал g_n(t), причем кодовые функции {g_n(t} приблизительно взаимно ортогональны, и блок множественного доступа, имеющий N входов для доступа потоков сигналов g_n(t)s_n(t), в том числе других групп источников информации, и их суммирования, а после приемника введен блок множественного доступа, имеющий N выходов синхронизированных потоков сигналов, в том числе для других групп потребителей информации, и выполненный с возможностью синхронизированного умножения принятого сигнала на каждый n-тый из N кодовых сигналов g_n(t) с выделением каждого n-того сигнала g_n ²(t)s_n(t), подаваемого на вход n-того демодулятора сигнала, в соответствии с настоящим изобретением n-тый блок уплотнения выполнен с возможностью производства в его процессоре упорядоченного, например, последовательного от 1 до К_n, одновременного за такт считывания двоичных цифр х_k=0,1 синхронизированных бинарных цифровых потоков, умножения x_k на положительные числа a_k, которые образуют, например, из быстровозрастающих чисел посредством применения схемы Меркла-Хэллмана, и суммирования величин а_kx_k с получением n-того потока цифровых символов , а n-тый блок разуплотнения выполнен с возможностью одновременного за такт преобразования в его процессоре n-того потока цифровых символов S_n в соответствии со схемой Меркла-Хэллмана в поток цифровых символов и преобразуют согласно соотношению , если х_i=1, если где i=K_n-1, K_n-2, ..., 1 и х_i=0 в других случаях, в К_n синхронизированных бинарных цифровых потоков, подаваемых упорядоченно, как при упомянутом считывании, к выходам n-того блока разуплотнения, при этом процессор блока уплотнения имеет по крайней мере К_n входов, являющихся упомянутыми входами подключения блока уплотнения, и по крайней мере один выход, являющийся упомянутым выходом подключения к модулятору, и процессор блока разуплотнения имеет по крайней мере один вход, являющийся упомянутым входом подключения блока разуплотнения к демодулятору, и по крайней мере К_l выходов, являющихся упомянутыми выходами подключения блока разуплотнения.

Кроме того, в СППИ введен по крайней мере один дополнительный канал передачи по крайней мере информации об опорных уровнях цифровых сигналов.

В существующем уровне техники не выявлено источников информации, которые содержали бы сведения об объектах того же назначения с указанной совокупностью отличительных признаков, что позволяет считать СППИ по настоящему изобретению новым и имеющим изобретательский уровень.

СППИ по настоящему изобретению может быть воплощена в устройстве, блок-схема которого представлена на чертеже.

На чертеже номера цифровых потоков источников информации, поступающих в блок уплотнения и выходящих из блока разуплотнения, заключены в скобки. Аналогично в скобки заключены номера цифровых потоков групп источников информации, поступающих в блок множественного доступа на передающей стороне системы и выходящих из блока множественного доступа на приемной стороне системы.

В заявляемой СППИ по сравнению с общеизвестными из уровня техники системами в блоки уплотнения и разуплотнения введены процессоры, использующие известные решающие схемы и позволяющие с помощью соответствующих программных средств обеспечить повышение технико-экономической эффективности известных систем.

В системе передачи и приема информации от источников информации 1 к ее потребителям 2 посредством цифровой связи каждый k-тый, где , из К_n источников информации 1 из n-той группы источников информации, где , подключен, в том числе при необходимости ее форматирования в цифровой поток через свой блок форматирования 3, к одному из К_n входов 4 n-того блока уплотнения 5 синхронизированных бинарных цифровых потоков, который выходом 6 подключен через n-тый модулятор высокочастотного сигнала 7, снабженный генератором несущей частоты 28, к передатчику 9, функционально связанному через канал передачи 11, совместимый с передаваемым высокочастотным сигналом, по крайней мере с одним приемником 10, который подключен через n-тый демодулятор 12 высокочастотного сигнала ко входу 13 по крайней мере одного n-того блока разуплотнения 14 синхронизированного цифрового потока, каждый из К_n выходов 15 которого подключен, в том числе при необходимости форматирования цифрового потока в поток информации через свой блок форматирования 16, к соответствующему потребителю информации 2, при этом все указанные блоки и упомянутая система функционально связаны с системой синхронизации 17. При необходимости обеспечения множественного доступа, например, с кодовым разделением, перед передатчиком 9 введены умножитель модулированного сигнала s_n(t)=A_n(t)cos[ω₀t+ψ_n(t)] на кодовый сигнал g_n(t) 29 и блок множественного доступа 18, имеющий N входов 19 для доступа потоков сигналов, в том числе других групп источников информации, и их суммирования, а после приемника 10 введен блок множественного доступа 20, имеющий N выходов 21 синхронизированных потоков сигналов, в том числе для других групп потребителей информации, и выполненный с возможностью синхронизированного умножения принятого сигнала на каждый n-тый из N кодовых сигналов g_n(t) с выделением каждого n-того сигнала g_n ²(t)s_n(t), подаваемого на вход n-того демодулятора сигнала 12. В СППИ n-тый блок уплотнения 5 выполнен с возможностью производства в его процессоре 22 упорядоченного, например, последовательного от 1 до К_n, одновременного за такт считывания двоичных цифр x_k=0,1 синхронизированных бинарных цифровых потоков, умножения x_k на положительные числа a_k, которые образуют, например, из быстровозрастающих чисел посредством применения схемы Меркла-Хэллмана, и суммирования величин a_kx_k с получением n-того потока цифровых символов . При этом n-тый блок разуплотнения 14 выполнен с возможностью одновременного за такт преобразования в его процессоре 23 n-того потока цифровых символов S_n в соответствии со схемой Меркла-Хэллмана в поток цифровых символов и преобразуют согласно соотношению если х_i=1, если где i=K_n-1, K_n-2, ..., 1 и х_i=0 в других случаях, в K_n синхронизированных бинарных цифровых потоков, подаваемых упорядоченно, как при упомянутом считывании, к выходам 15 n-того блока разуплотнения 14. При этом процессор 22 блока уплотнения 5 имеет по крайней мере К_n входов 24, являющихся упомянутыми входами 4 подключения блока уплотнения 5, и по крайней мере один выход 25, являющийся упомянутым выходом 6 подключения к модулятору 7. Процессор 23 блока разуплотнения 14 имеет по крайней мере один вход 26, являющийся упомянутым входом 13 подключения блока разуплотнения 14 к демодулятору 12, и по крайней мере K_n выходов 27, являющихся упомянутыми выходами 15 подключения блока разуплотнения 14.

Система работает следующим образом. Информацию каждого k-того, где , из К_n источников информации 1 из n-той группы источников информации, где , подают, в том числе при необходимости, через свой блок форматирования 3, в котором информацию форматируют в цифровой поток, к одному из К_n входов 4 n-того блока уплотнения 5, соединенного с одним из входов процессора 22. В процессоре 22 n-того блока уплотнения 5 упорядоченно, например, последовательно от 1 до К_n, одновременно за такт считывают двоичные цифры х_k=0,1 синхронизированных бинарных цифровых потоков, поступающих в процессор через К_n входов 24, умножают х_k на положительные числа a_k, которые образуют, например, из быстровозрастающих чисел посредством применения схемы Меркла-Хэллмана, и суммируют величины а_kx_k с получением n-того потока цифровых символов . Схема Меркла-Хэллмана [Mercal R.C. and Hellman M.E. Hiding Information and Signatures in Irap-Door Knapsacks. IEEE, Trans. Inf. Theory, vol. IT24, September, 1978, pp.525-530] основана на образовании вектора рюкзака, который не является быстровозрастающим. При этом задача о рюкзаке обязательно включает «лазейку», позволяющую авторизованным пользователям решить задачу.

Далее поток цифровых символов подают с выхода 25 процессора, являющегося упомянутым выходом 6 блока уплотнения 5, к входу модулятора 7, снабженному генератором несущей частоты 28, и далее передают через передатчик 9 по крайней мере к одному приемнику 10 через канал передачи 11, совместимый с передаваемым высокочастотным сигналом. Принятый поток сигналов подают на вход n-того демодулятора высокочастотного сигнала 12. Синхронизированный цифровой поток с выхода демодулятора 12 подают на вход 13 по крайней мере одного n-того блока разуплотнения 14, соединенного со входом 26 процессора 23. В процессоре 23 n-того блока разуплотнения 14 одновременно за такт преобразуют n-тый поток цифровых символов S_n в соответствии со схемой Меркла-Хэллмана в поток цифровых символов S'^ и ^ преобразуют согласно соотношению если х_i=1, если где i=K_n-1, K_n-2, ..., 1 и х_i=0 в других случаях, в K_n синхронизированных бинарных цифровых потоков. Эти потоки подают с выходов 27 процессора, являющихся упомянутыми выходами 15 блока разуплотнения 14, в том числе при необходимости, к своим блокам форматирования 16. В блоках 16 цифровые потоки форматируют в информацию, которую направляют к соответствующим потребителям информации 2. При этом производят синхронизацию функционирования всех указанных блоков.

При необходимости обеспечения множественного доступа, например, с кодовым разделением, перед передатчиком 9 умножают модулированный сигнал s_n(t)=A_n(t)cos[ω₀t+ψ_n(t)] на кодовый сигнал g_n(t) в умножителе 29 (кодовые функции {g_n(t)} приблизительно взаимно ортогональны) и суммируют синхронизированные потоки сигналов g_n(t)s_n(t) в блоке множественного доступа 18, имеющем N входов 19 для доступа, в том числе других групп источников информации, а после приемника 10 разделяют синхронизированные потоки сигналов в блоке множественного доступа 20, имеющем N выходов 21, в том числе для других групп потребителей информации. В блоке множественного доступа 20 производят синхронизированное умножение принятого сигнала на каждый n-тый из N кодовых сигналов g_n(t), выделяют каждый n-тый сигнал g_n ²(t)s_n(t) и подают его на вход n-того демодулятора сигнала 12. На чертеже блоки множественного доступа 18 и 20 на передающей и приемной сторонах соответственно дополнительно объединены пунктирной линией 8, что означает их использование при необходимости. При отсутствии таковой сигнал из модулятора 7 подают на передатчик 9, а из приемника 10 - на демодулятор 12 по линиям связи, обозначенным n.

Для повышения надежности работы системы целесообразно передавать информацию об опорных, например, единичных, уровнях цифровых сигналов. Ее можно передавать, например, через несколько тактов по основному каналу. Однако в ряде случаев может оказаться целесообразным использование дополнительного канала для передачи этой и другой информации, необходимой для организации работы системы. Поэтому по крайней мере информацию об опорных уровнях цифровых сигналов передают по крайней мере по одному дополнительному каналу передачи.

В процессоре блока уплотнения на каждом такте (т.е. одновременно) упорядоченно считывается информация, поступающая от К_n источников. Отметим, что каждый информационный канал может нести информацию произвольного вида, например, закодированную любым кодом или смесью кодов. Считанная информация преобразуется в поток цифровых символов. В процессоре блока разуплотнения одновременно за такт поток цифровых символов восстанавливают (разуплотняют) в К_n синхронизированных бинарных цифровых потоков и подают их упорядоченно, как и при считывании в процессоре блока уплотнения, к К_n потребителям в удобном для них виде. Все блоки данной СППИ могут быть выполнены такими же, как и в ближайшем аналоге или в других системах того же назначения. Вопросы тактирования и синхронизации передающей и приемной сторон используемой системы решаются любыми общеизвестными из уровня техники средствами, например, так же, как это делается в прототипе. В некоторых случаях достаточно использование одного блока разуплотнения, с каждого выхода которого поступает информация к соответствующему потребителю информации. В ряде случаев могут быть использованы два или несколько, вплоть до К_n, блоков разуплотнения. Например, в сотовой связи каждая подвижная станция включает блок разуплотнения. Из поступающего в этот блок потока цифровых символов выделяется бинарный цифровой поток, адресованный в данный момент только данному потребителю. Таким образом, в сотовой связи поток сигналов доставляется всем потребителям, а процедура разуплотнения выполняется каждым конечным адресатом.

Для уплотнения и разуплотнения (восстановления исходной информации) применяются эффективные вычислительные алгоритмы, в том числе известные, что облегчает их аппаратно-программную реализацию.

Ниже представлена таблица, иллюстрирующая передачу и прием трех потоков текстовой информации в заявляемой системе:

В таблице в столбцах 1, 4, 7 приведены потоки текстовой информации трех источников: (Герц • ) (Попов • ) (Сименс •).

В столбцах 2, 5, 8 приведены соответствующие текстовой информации бинарные цифровые потоки x₁, x₂, х₃ соответственно. Уплотнение и разуплотнение произведены по правилу, приведенному в упомянутом примере в отличительной части заявляемого изобретения.

Выбраны следующие значения быстровозрастающих чисел: , , . Сумма этих чисел равна 7. Далее выбрано простое число М=11, превосходящее эту сумму, и случайное число W(1<W<М), равное 4. Сформировано W^-1, удовлетворяющее соотношению WW^-1mod M=1, оно равно 3. Значения а_i получены по формуле и равны a₁=4, a₂=8, а₃=5.

В столбцах 3, 6, 9 приведены произведения а₁x₁,а₂x₂,а₃x₃ соответственно.

В столбце 10 приведен передаваемый поток цифровых символов , полученных в процессоре 22 блока уплотнения 5 путем упорядоченного, последовательно от первого до третьего потока, одновременного за такт считывания двоичных цифр бинарных цифровых потоков и их преобразования в указанный поток цифровых символов.

В столбце 11 приведен преобразованный в соответствии с формулой S'=W^-1S mod M поток цифровых символов S'. В столбцах 12, 14, 16 приведены результаты одновременного за такт преобразования в процессоре 23 блока разуплотнения 14 потока цифровых символов S' в три бинарных цифровых потока, подаваемых упорядоченно, как при упомянутом считывании, на выходы блока разуплотнения и далее распределяемых к соответствующим потребителям информации. В столбцах 13, 15, 17 приведены полученные адресатами потоки текстовой информации. В таблице обозначено: • - точка, - пробел.

Этот простейший из возможных примеров использования заявляемой СППИ наглядно показывает возможность одновременной передачи и приема трех потоков текстовой информации по одному каналу, что повышает эффективность использования частотного ресурса. Кроме того, изобретение позволяет повысить структурную и информационную скрытность передаваемого цифрового сигнала в дополнение к используемым законам кодирования.

Отметим также, что приведенный пример получения потока цифровых символов и его обратного преобразования в бинарные цифровые потоки эквивалентен решению задачи, основанной на образовании вектора рюкзака, который не является быстровозрастающим (схема Меркла-Хэллмана). При этом, как указывалось, задача о рюкзаке обязательно включает «лазейку», позволяющую авторизованным пользователям решить задачу.

Настоящее изобретение полезно тем, что оно может быть применено на практике для развития и совершенствования любой системы цифровой связи с любой организацией ее работы, например, уже использующей известные методы множественного доступа (с частотным, временным, кодовым, пространственным и поляризационным разделением) и известные методы обработки сигналов, в том числе, например, для всех известных стандартов сотовой связи.

Промышленная применимость. Настоящее изобретение может быть применено в СППИ, использующих высокочастотные сигналы в любых системах связи. СППИ по данному изобретению позволяет эффективно использовать частотный ресурс и может работать одновременно с большим числом разнородной информации.

Проведенный анализ позволил установить: аналоги с совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленной системы условию «новизны».

Результаты поиска известных решений в области СППИ с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленной системы, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».

1. Система передачи и приема информации от источников информации к ее потребителям посредством цифровой связи, в которой каждый k-тый, где из К_n источников информации из n-ой группы источников информации, где подключен, в том числе, при необходимости ее форматирования в цифровой поток через свой блок форматирования, к одному из К_n входов n-ого блока уплотнения, синхронизированных бинарных цифровых потоков, который выходом подключен через снабженный генератором несущей частоты n-ый модулятор высокочастотного сигнала к передатчику, функционально связанному через канал передачи, совместимый с передаваемым высокочастотным сигналом, по крайней мере с одним приемником, который подключен через n-ый демодулятор высокочастотного сигнала ко входу, по крайней мере, одного n-ого блока разуплотнения синхронизированного цифрового потока, каждый из К_n выходов которого подключен, в том числе, при необходимости форматирования цифрового потока в поток информации через свой блок форматирования, к соответствующему потребителю информации, при этом все указанные блоки функционально связаны с системой синхронизации, а при необходимости обеспечения множественного доступа, например, с кодовым разделением, в систему передачи и приема информации перед передатчиком включены умножитель модулированного сигнала s_n(t)=A_n(t)cos[ω₀t+ψ_n(t)] на кодовый сигнал g_n(t), причем кодовые функции {(g_n(t)} приблизительно взаимно ортогональны, и блок множественного доступа, имеющий N входов для доступа потоков сигналов g_n(t)s_n(t), в том числе, других групп источников информации, и их суммирования, а после приемника включен блок множественного доступа, имеющий N выходов синхронизированных потоков сигналов, в том числе, для других групп потребителей информации, и выполненный с возможностью синхронизированного умножения принятого сигнала на каждый n-ый из N кодовых сигналов g_n(t) с выделением каждого n-ого сигнала g_n ²(t)s_n(t), подаваемого на вход n-ого демодулятора сигнала, отличающаяся тем, что n-ый блок уплотнения выполнен на процессоре уплотнения с возможностью упорядоченного, например, последовательного от 1 до К_n одновременного за такт считывания двоичных цифр х_k=0,1 синхронизированных бинарных цифровых потоков, умножения х_k на положительные числа а_k, которые образуют, например, из быстровозрастающих чисел а'_Kn посредством применения схемы Меркла-Хэллмана, и суммирования величин a_kx_k с получением n-ого потока цифровых символов а n-ый блок разуплотнения выполнен на процессоре разуплотнения с возможностью одновременного за такт преобразования n-ого потока цифровых символов S_n в соответствии со схемой Меркла-Хэллмана в поток цифровых символов S'_n и S'_n, преобразуют согласно соотношению если х_i=1, если где i=К_n-1, К_n-2,...,1, и х_i=0 в других случаях, в К_n синхронизированных бинарных цифровых потоков, подаваемых упорядоченно, как при упомянутом считывании, к выходам n-ого блока разуплотнения процессора разуплотнения, при этом процессор уплотнения имеет по крайней мере К_n входов, являющихся упомянутыми входами подключения блока уплотнения, и по крайней мере один выход, являющийся упомянутым выходом подключения к модулятору, и процессор разуплотнения имеет по крайней мере один вход, являющийся упомянутым входом подключения блока разуплотнения к демодулятору, и по крайней мере К_n выходов, являющихся упомянутыми выходами подключения блока разуплотнения.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что в нее введен, по крайней мере, один дополнительный канал передачи по крайней мере информации об опорных уровнях цифровых сигналов для передачи информации, необходимой для организации работы системы.