Способ передачи дискретной информации в системах с обратной связью

 

Изобретение относится к области радиосвязи, электросвязи и вычислительной техники. Сущность изобретения заключается в делении на передающем конце линии связи входного сигнала на блоки длиною n-бит, формировании сообщения в виде последовательности нескольких блоков, запоминании и передаче сформированного сообщения дважды, а на приемном конце линии связи запоминании сообщения после первого приема и проведении сверки сообщений после второго приема, передаче по каналу обратной связи информации на продолжение передачи последующих сообщений, если принятые сообщения совпадают, передаче по каналу обратной связи информации на повторную передачу сообщений, если двукратно принятые сообщения не совпадают, при этом на передающем конце линии связи второе из передаваемых сообщений кодируют путем сложения по модулю Р=2ⁿ каждого символа α_i, соответствующего данному блоку, с закодированным символом β_i-1 предыдущего блока, β_i=β_i-1+α_i (mod P), а на приемном конце линии связи декодируют повторно принятое сообщение путем сложения по модулю Р очередного принятого символа β_i, сообщения с предыдущим сопряженным символом этого сообщения, (mod P), где сравнивают символы первоначально принятого сообщения с символами повторно принятого декодированного сообщения, при этом, если нет расхождений в двух смежных символах сообщений, то заменяют все искаженные символы первоначально принятого сообщения на символы декодированного сообщения, а если имеются расхождения в двух смежных символах первоначально принятого и декодированного сообщения, то корректируют искаженные символы и передают по каналу обратной связи информацию на продолжение передачи последующих сообщений, а если имеются расхождения в трех и более смежных символах первоначально принятого и декодированного сообщений, то передают по каналу обратной связи информацию на повторную передачу сформированного сообщения. Технический результат, достигаемый при реализации изобретения состоит в повышении скорости передачи информации в условиях сильных помех. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области радиосвязи, электросвязи и вычислительной техники, а конкретнее к области способов и устройств передачи информации в вычислительных сетях.

Известны способы передачи дискретной информации в системах с обратной связью (см., например, [1] стр. 395-427, [2], заявка на изобретение №99123808/09 от 10.11.1999 [3]).

В известных способах при наличии искажений информации используют повторную передачу сообщений. При этом по каналу обратной связи передают либо принятые сообщения (системы с информационной обратной связью), либо решение о правильном или ошибочном приеме сообщений (системы с решающей обратной связью). Применение обратной связи обеспечивает высокую достоверность передаваемой информации.

В системах с обратной связью избыточность зависит от реального отношения сигнал/помеха и является величиной случайной, поскольку ее вводят по мере возникновения ошибок. В связи с этим при прочих равных условиях избыточность в системах с обратной связью может быть значительно меньше избыточности, вводимой в каждую кодовую комбинацию, для обнаружения и исправления ошибок и достаточной для заданной достоверности передачи информации [1].

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ, описанный в [1] стр.420-421. Способ включает на передающем конце линии связи деление входного сигнала на блоки длиною n-бит, формирование сообщения в виде последовательности нескольких блоков, запоминание и передачу сформированного сообщения дважды, а на приемном конце линии связи запоминание сообщения после первого приема и проведение сверки сообщений после второго приема, передачу по каналу обратной связи информации на продолжение передачи последующих сообщений, если принятые сообщения совпадают, передачу по каналу обратной связи информации на повторную передачу сообщений, если двукратно принятые сообщения не совпадают.

Однако способ-прототип имеет недостаток. При наличии сильных помех в линии связи и при активных вторжениях резко уменьшается скорость передачи информации, так как возрастает среднее число передач каждого сообщения, обеспечивающее требуемую надежность связи.

Таким образом, в изобретении решается проблема повышения скорости передачи информации в условиях сильных помех.

Это достигается тем, что в известном способе передачи дискретной информации в системах с обратной связью, заключающемся в делении на передающем конце линии связи входного сигнала на блоки длиною n-бит, формировании сообщения в виде последовательности нескольких блоков, запоминании и передаче сформированного сообщения дважды, а на приемном конце линии связи запоминании сообщения после первого приема и проведении сверки сообщений после второго приема, передаче по каналу обратной связи информации на продолжение передачи последующих сообщений, если принятые сообщения совпадают, передаче по каналу обратной связи информации на повторную передачу сообщений если двукратно принятые сообщения не совпадают, согласно изобретению на передающем конце линии связи второе из передаваемых сообщений кодируют путем сложения по модулю Р=2ⁿ каждого символа а_i, соответствующего данному блоку, с закодированным символом β _i-1 предыдущего блока, β _i≡ β _i-1+a_i (mod Р), а на приемном конце линии связи декодируют повторно принятое сообщение путем сложения по модулю Р очередного принятого символа β _i сообщения с предыдущим сопряженным символом этого сообщения, (mod Р), где сравнивают символы первоначально принятого сообщения с символами повторно принятого декодированного сообщения, при этом, если нет расхождений в двух смежных символах сообщений, то заменяют все одиночные искаженные символы первоначально принятого сообщения на символы декодированного сообщения, а если имеются расхождения в двух смежных символах первоначально принятого и декодированного сообщения, то кодируют скорректированное первоначально принятое сообщение аналогично как и на передающем конце линии связи, сравнивают его с принятым закодированным сообщением, заменяют два искаженных символа первоначально принятого сообщения на символы декодированного сообщения, если возникли расхождения во всех последующих символах сравниваемых закодированных сообщений и передают по каналу обратной связи информацию на продолжение передачи последующих сообщений, а если возникли расхождения в трех и более смежных символах первоначально принятого и декодированного сообщений, то передают по каналу обратной связи информацию на повторную передачу сформированного сообщения.

В совокупности признаков заявленного способа используется следующая терминология и обозначения:

- дискретная информация - это сообщения или данные, записанные в двоичном коде и представленные сигналом в виде последовательности нулевых и единичных бит;

- символ - это число, записанное в виде знаков двоичной системы счисления и представленное в виде последовательности (комбинации) нулевых и единичных бит;

≡ - отношение сравнимости (а=b{mod р)) - а сравнимо с b по модулю р: два числа а и b называются сравнимыми по модулю р, если при делении обеих чисел на р их остатки равны;

- сложение чисел а и b по модулю р означает, что два числа складываются обычным образом, а их сумма переводится в конечное множество с помощью сравнения по модулю p.

Эти отличительные признаки по сравнению с прототипом позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "новизна".

В предлагаемом способе передачи дискретной информации в системах с обратной связью перечисленная совокупность существенных признаков в указанном порядке обеспечивает высокую скорость передачи информации, так как сокращается среднее число передач каждого сообщения, поскольку для используемого способа кодирования символов сообщения при искажении какого-то одного из закодированных символов ошибка при декодировании сообщения распространяется и на соседний символ. При искажении одного кодируемого символа ошибка при кодировании сообщения распространяется на всю длину сообщения и все последующие символы кодированного сообщения будут искажены. Эти свойства используемого кода позволяет не только обнаруживать искаженные символы в передаваемых сообщениях, но и исправлять искаженные символы при приеме кодированного и не кодированного сообщений.

Именно новое свойство совокупности признаков, приводящих к увеличению скорости передачи информации в системах с обратной связью в условиях сильных помех и активных вторжений, позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию "изобретательский уровень".

Предлагаемый способ передачи дискретной информации в системах с обратной связью опробован в лабораторных условиях. Пример реализации данного способа с помощью устройств представлен на фиг.1, где:

блок 1 - источник сигнала;

блок 2 - первое запоминающее устройство;

блок 3 - кодирующее устройство;

блок 4 - первый передатчик;

блок 5 - первый приемник;

блок 6 - второй приемник;

блок 7 - второе запоминающее устройство;

блок 8 - декодирующее устройство;

блок 9 - решающее устройство;

блок 10 - второй передатчик.

Кодирующее и декодирующее устройства могут быть реализованы с помощью ЭВМ или с помощью отдельных устройств.

На фиг.2 представлена блок-схема кодирующего устройства, где блок 11 - сумматор по модулю Р, а блок 12 - линия задержки на один символ, а на фиг.3 представлена блок-схема декодирующего устройства, где блок 13 - вычитающее устройство, блок 14 - линия задержки на один символ, а блок 15 - сумматор по модулю Р.

Сигнал в виде последовательности нулевых и единичных бит

{1110000010000110001010011110100011100100101101110110011010101111}

делят на блоки. Для простоты описания работы устройства будем считать, что длина блока равна n=3 битам. В этом случае P=2ⁿ=8, a последовательность блоков будет иметь вид

{111 000001 000011 000 101 001 111 010001 110010010 110 111 011 001 101 010 111}.

Последовательность блоков подают в первое запоминающее устройство 2, где формируют сообщение в виде последовательности символов {7, 0, 1, 0, 3, 0, 5, 1, 7, 2, 1, 6, 2, 2, 6, 7, 3, 1, 5, 2, 7}. Сформированное сообщение с помощью устройств 4 и 6 передают по линии связи и запоминают в устройстве 7 на приемном конце линии связи. Сформированное с помощью устройства 2 сообщение кодируют в устройстве 3, где каждый символ сообщения определяют в соответствии с формулой β _i≡ β _i-1+a_i {mod Р) и закодированное сообщение в виде {7, 7, 0, 0, 3, 3, 0, 1, 0, 2, 3, 1, 3, 5, 3, 2, 5, 6, 3, 5, 4} с помощью устройств 4 и 6 также передают по линии связи и запоминают в устройстве 7 на приемном конце линии связи. Каждый символ принятого закодированного сообщения в устройстве 8 декодируют в соответствии с формулой (mod P), где . В решающем устройстве 9 символы декодированного сообщения {7, 0, 1, 0, 3, 0, 5, 1, 7, 2, 1, 6, 2, 2, 6, 7, 3, 1, 5, 2, 7} сравнивают с символами первоначально принятого сообщения, хранящимися во втором запоминающем устройстве 7. Если отсутствуют расхождения в символах, то с помощью устройств 10 и 5 передают на другой конец линии связи информацию на продолжение передачи последующих сообщений. Если есть расхождения в сравниваемых символах, то осуществляют корректировку искаженных символов. При этом заменяют все искаженные символы первоначально принятого сообщения на символы декодированного сообщения, если нет расхождений в двух смежных символах. Если имеются расхождения в двух смежных символах, то кодируют первоначально принятое и скорректированное сообщение и сравнивают его с принятым закодированным сообщением. Если сообщения отличаются во всех последующих сравниваемых символах, то в этом случае произошли ошибки при приеме двух смежных символов первоначально переданного сообщения. Эти символы заменяют на символы декодированного сообщения. Если сравниваемые закодированные сообщения отличаются одним символом, то произошла ошибка при приеме закодированного сообщения. В этом случае осуществляют корректировку искаженного символа закодированного сообщения.

Если имеются расхождения в трех или более смежных символах, то передают по каналу обратной связи информацию на повторную передачу сформированного сообщения. В этих случаях ошибка будет обнаружена, но не скорректирована.

Например, если в первоначально принятом сообщении произойдет искажение двух смежных символов 10-го и 11-го и вместо значений 2 и 1 будут приняты значения 3 и 4, а символы принятого закодированного сообщения не подверглись искажениям, то осуществив кодирование первоначально принятого сообщения {7, 0, 1, 0, 3, 0, 5, 1, 7, 3, 4, 6, 2, 2, 6, 7, 3, 1, 5, 2, 7}, получим закодированное сообщение в виде {7, 7, 0, 0, 3, 3, 0, 1, 0, 3, 7, 5, 7, 1, 7, 6, 1, 2, 7, 1, 8}, которое отличается от принятого закодированного сообщения {7, 7, 0, 0, 3, 3, 0, 1, 0, 2, 3, 1, 3, 5, 3, 2, 5, 6, 3, 5, 4} наличием расхождений не только в двух смежных ошибочных символах, но и во всех последующих сравниваемых символах. Заменяя значения 3 и 4 на значения 2 и 1 в первоначально принятом сообщении и осуществив его кодирование, получим полное совпадение его символов с символами принятого закодированного сообщения.

Если в принятом закодированном сообщении исказится 10-й символ и вместо значения 2 будет принято значение 6, а символы первоначально принятого сообщения не подверглись искажениям, то, осуществив декодирование сообщения {7, 7, 0, 0, 3, 3, 0, 1, 0, 6, 3, 1, 3, 5, 3, 2, 5, 6, 3, 5, 4} получим последовательность символов в виде {7, 0, 1, 0, 3, 0, 5, 1, 7, 6, 5, 6, 2, 2, 6, 7, 3, 1, 5, 2, 7}, которая будет отличаться от первоначально принятого сообщения {7, 0, 1, 0, 3, 0, 5, 1, 7, 2, 1, 6, 2, 2, 6, 7, 3, 1, 5, 2, 7} значениями в двух смежных 10-м и 11-м символах. В этом случае, заменяя значение 6 на значение 2 в принятом закодированном сообщении и осуществив его декодирование, получим полное совпадение его символов с символами первоначально принятого сообщения. Если же осуществить кодирование первоначально принятого сообщения {7, 0, 1, 0, 3, 0, 5, 1, 7, 2, 1, 6, 2, 2, 6, 7, 3, 1, 5, 2, 7}, то полученное сообщение {7, 7, 0, 0, 3, 3, 0, 1, 0, 2, 3, 1, 3, 5, 3, 2, 5, 6, 3, 5, 4} будет отличаться от принятого закодированного сообщения {7, 7, 0, 0, 3, 3, 0, 1, 0, 6, 3, 1, 3, 5, 3, 2, 5, 6, 3, 5, 4} расхождением в одном символе. В этом случае корректируют символ принятого закодированного сообщения. Заменяют значение 6 на значение 2.

Поскольку искаженные символы могут корректироваться, то уменьшается среднее число передач одного сообщения и увеличивается скорость передачи информации.

Если в символах передаваемых сообщениях будет добавлено по одному биту для проверки их на четность, то три и более искаженных смежных символа в первоначально принятом сообщении могут быть скорректированы. За счет этого также увеличивается скорость передачи информации.

Скорость передачи информации может быть увеличена также за счет одновременной передачи первоначального и закодированного сообщений по разным каналам.

Реализация предлагаемого способа не вызывает затруднений, так как все блоки и узлы, входящие в устройство, реализующее способ, общеизвестны и широко описаны в технической литературе.

Источники информации

1. С.И.Бычков. Космические радиотехнические комплексы. М.: Советское радио, 1967.

2. Финк Л.М. Теория передачи дискретных сообщений. М.: Советское радио, 1963.

3. Способ передачи дискретной информации в радиолинии с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты и устройство для его осуществления. Заявка на изобретение №99123808/09 от 10.11.1999 –МПК 7 Н 04 В 1/713.

Формула изобретения

1. Способ передачи дискретной информации в системах с обратной связью, включающий на передающем конце линии связи деление входного сигнала на блоки длиною n бит, последовательность блоков длиною n бит запоминают, формируют сообщение и передают сформированное сообщение дважды по линии связи, а на приемном конце линии связи запоминают принятые сообщения, передают по каналу обратной связи информацию на продолжение передачи последующих сообщений, если принятые сообщения совпадают, и передают по каналу обратной связи информацию на повторную передачу сообщений, если двукратно принятые сообщения не совпадают, отличающийся тем, что на передающем конце линии связи повторно передаваемое сформированное сообщение кодируют, причем каждый символ сформированного сообщения определяют в соответствии с формулой

β_i=β_i-1+α_i (mod P),

где P=2ⁿ;

символы α, β - это числа, записанные в виде знаков двоичной системы счисления и представленные в виде последовательности (комбинации) нулевых и единичных бит;

α_i, β_i - символ и закодированный символ, соответствующие данному блоку сформированного сообщения;

β_i-1 - закодированный символ предыдущего блока сформированного сообщения;

а на приемном конце линии связи каждый символ повторно принятого закодированного сообщения декодируют в соответствии с формулой

(mod P),

где ,

сравнивают символы первоначально принятого сообщения с символами повторно принятого декодированного сообщения, при этом если есть расхождения в сравниваемых символах и нет расхождений в двух смежных символах принятых сообщений, то осуществляют корректировку искаженных символов и заменяют искаженные символы первоначально принятого сообщения на символы принятого декодированного сообщения, а если имеются расхождения в двух смежных символах первоначально принятого и декодированного сообщений, то кодируют скорректированное первоначально принятое сообщение аналогично, как и на передающем конце линии связи, сравнивают его с принятым закодированным сообщением, заменяют два искаженных смежных символа первоначально принятого сообщения на символы декодированного символа сравниваемых закодированных сообщений и передают по каналу обратной связи информацию на продолжение передачи последующих сообщений, а если возникли расхождения в трех и более смежных символах первоначально принятого и декодированного сообщений, то передают по каналу обратной связи информацию на повторную передачу сформированных сообщений.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что одновременно передают первоначально сформированное и закодированное сообщения по различным каналам связи.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что в символах передаваемых сообщений добавляют по одному биту для проверки их на четность и корректируют искаженные смежные символы в первоначально принятом сообщении.

РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3