Патент на изобретение №2310990

(54) СПОСОБ ПЕРЕДАЧИ ДИСКРЕТНЫХ СООБЩЕНИЙ В СИСТЕМАХ С ПОВТОРЕНИЕМ ПЕРЕДАЧ И ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области радиосвязи, электросвязи и вычислительной техники и может быть использовано в устройствах передачи информации. Технический результат – повышение скорости передачи информации в условиях сильных помех. Способ передачи дискретных сообщений в системах с повторением передач и обратной связью заключается в делении на передающем конце линии связи входного сигнала на блоки длиною n бит, формировании дискретного сообщения в виде последовательности блоков-символов длиною n бит, формировании копии дискретного сообщения, запоминании сформированного дискретного сообщения и его копии и передаче их по линии связи, кодировании на приемном конце линии связи дискретного сообщения и корректировки ошибочно принятых символов, причем кодирование каждого символа сформированного дискретного сообщения осуществляется в соответствии с формулой _i=p+_i–_i-1(mod Р), где Р=2ⁿ, символы _i, _i – это числа, записанные в виде знаков двоичной системы счисления и представленные в виде последовательности нулевых и единичных бит: _i, _i – символ и закодированный символ, соответствующий данному блоку сформированного дискретного сообщения, _i-1 – символ, соответствующий предыдущему блоку сформированного дискретного сообщения, при этом для корректировки искаженных смежных символов используют последовательную проверку выполнения условий для соответствующих уравнений. 2 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 дискретных сообщений в системах с повторением передач и обратной связью (см., например, [1], стр.395-427, [2], патент на изобретение №2239951 от 10.11.2004 [3], патент на изобретение №2239289 от 27.10.2004 [4]).

В известных способах при наличии искажений дискретных сообщений 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 повторением передач и 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 повторением передач и обратной связью может быть значительно меньше избыточности, вводимой в каждую кодовую комбинацию, для обнаружения и исправления ошибок и достаточную для заданной достоверности передачи информации [1].

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ, описанный в [4]. Способ заключается в том, что на передающем конце линии связи осуществляют деление входного сигнала на блоки длиною n бит, формируют дискретное сообщение в виде последовательности блоков-символов длиною n бит, формируют копию дискретного сообщения путем кодирования каждого символа, сформированного дискретного сообщения в соответствии с формулой _ii-1+_i (mod р), где р=2ⁿ, символы _i, _i – это числа, записанные в виде знаков двоичной системы счисления и представленные в виде последовательности (комбинации) нулевых и единичных бит: _i, _i – символ и закодированный символ, соответствующий данному блоку сформированного дискретного сообщения, _i-1 – закодированный символ, соответствующий предыдущему блоку сформированного дискретного сообщения, запоминают сформированное дискретное сообщение и его копию и передают их по линии связи, а на приемном конце линии связи каждый символ копии дискретного сообщения декодируют в соответствии с формулой _ii+^* _i-1(mod p), где ^* _i-1=p-_i-1, сравнивают символы принятого дискретного сообщения с символами декодированной копии дискретного сообщения, при этом если нет расхождений в двух смежных символах, то корректируют одиночные искаженные символы дискретного сообщения и передают по каналу обратной связи информацию на продолжение передачи последующих дискретных сообщений, а если имеются расхождения в двух смежных сравниваемых символах принятого дискретного сообщения и принятой и декодированной копии дискретного сообщения, то кодируют символы дискретного сообщения аналогично, как и на передающей стороне, и сравнивают символы закодированного дискретного сообщения с принятой копией дискретного сообщения, при этом если нет расхождений в двух смежных символах, то корректируют одиночные искаженные символы копии дискретного сообщения и передают по каналу обратной связи информацию на продолжение передачи последующих дискретных сообщений, а если имеются расхождения более чем в двух смежных сравниваемых символах принятого дискретного сообщения и принятой и декодированной копии дискретного сообщения, то передают по каналу обратной связи информацию на повторную передачу сформированных дискретного сообщения и его копии.

Однако способ-прототип имеет недостаток. В случае большого уровня помех ошибки могут возникать в двух и более смежных символах дискретного сообщения или его копии. При этом резко уменьшается скорость передачи информации, так как исключается возможность корректировки всех ошибочно принятых символов дискретного сообщения, что приводит к резкому возрастанию среднего числа передач каждого дискретного сообщения, обеспечивающего требуемую надежность связи.

Таким образом, в изобретении решается проблема повышения скорости передачи информации за счет гарантированного восстановления ошибочно принятых смежных символов дискретного сообщения.

Это достигается тем, что в известном способе передачи дискретного сообщения в системах с повторением передач и обратной связью, заключающемся в том, что на передающем конце линии связи осуществляют деление входного сигнала на блоки длиной n бит, формируют дискретное сообщение в виде последовательности блоков-символов длиною n бит, формируют копию дискретного сообщения путем кодирования каждого символа сформированного дискретного сообщения, запоминают сформированное дискретное сообщение и его копию и передают их по линии связи, а по каналу обратной связи передают информацию на продолжение передачи последующих дискретных сообщений, если на приемном конце линии связи символы копии дискретного сообщения и символы закодированного дискретного сообщения совпадают, согласно изобретению символы копии дискретного сообщения определяют в соответствии с формулой _ip+_i–_i-1(mod Р), где Р=2ⁿ, символы _i, _i – это числа, записанные в виде знаков двоичной системы счисления и представленные в виде последовательности (комбинации) нулевых и единичных бит: _i, _i – символ и закодированный символ, соответствующий данному блоку сформированного дискретного сообщения, _i-1 – символ, соответствующий предыдущему блоку сформированного дискретного сообщения, а на приемном конце линии связи каждый символ дискретного сообщения кодируют аналогично, как и на передающем конце линии связи, сравнивают символы принятого и закодированного дискретного сообщения, с символами принятой копии дискретного сообщения, при этом если имеются расхождения в нескольких k2 смежных символах _i+1, _i+2, _i+3, …, _i+k, то последовательно проверяют выполнение условий для следующих уравнений:

при этом если условие уравнения (1) выполняется, то корректируют следующие символы дискретного сообщения по формулам:

,

,

,

если условие уравнения (2) выполняется, то корректируют следующие символы дискретного сообщения по формулам:

,

,

,

если условие уравнения (3) выполняется, то корректируют следующие символы дискретного сообщения по формулам:

,

,

,

если условие уравнения (k-1) выполняется, то корректируют символ дискретного сообщения _1+k-1 по формуле _i+k-1i+k-2+_i+k-1(mod P), если условие уравнения (k) выполняется, то корректируют следующие символы дискретного сообщения по формулам:

,

,

,

если условие уравнения (k+1) выполняется, то корректируют следующие символы дискретного сообщения по формулам:

,

,

,

если условие уравнения (2k-3) выполняется, то корректируют символ _i+k-2 с использованием формулы _i+k-2i+k-3+_i+k-2(mod P), если условие уравнения (k·(k-1)/2) выполняется, то корректируют символ _i+1 по формуле _i+1i+_i+1(mod P), затем определяют нескорректированные символы дискретного сообщения путем формирования полной совокупности символов дискретного сообщения и удаления из нее скорректированных символов и неискаженных символов дискретного сообщения, которым соответствуют закодированные символы, совпадающие с символами принятой копии дискретного сообщения, при этом если остались нескорректированные символы дискретного сообщения, то корректируют одиночные искаженные символы _i+m копии дискретного сообщения с использованием формулы _i+mр+_i+m–_i+m-1(mod P), где _i+m и _i+m-1 – неискаженные или скорректированные символы дискретного сообщения, и передают по каналу обратной связи информацию на повторную передачу копии дискретного сообщения.

В совокупности признаков заявленного способа используется следующая терминология и обозначения:

– дискретное сообщение – это сообщение, записанное в двоичном коде и представленное 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;

– копия дискретного сообщения – дискретное сообщение, получаемое путем кодирования некоторого сообщения и служащее для восстановления символов этого сообщения;

– сложение (вычитание) чисел и по модулю р означает, что два числа складываются (вычитаются) обычным образом, а их сумма (разность) переводится в конечное множество {0, 1, 2, …, р-1} с помощью сравнения по модулю р;

– смежные символы – символы, индексы которых отличаются не более чем на единицу;

– отношение сравнимости ((mod p)) – сравнимо с по модулю р: два числа и называются сравнимыми по модулю р, если при делении обоих чисел на р их остатки равны.

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

В предлагаемом способе передачи дискретных сообщений в системах с обратной связью перечисленная совокупность существенных признаков в указанном порядке обеспечивает высокую скорость передачи информации за счет гарантированного восстановления ошибочно принятых не только одиночных, но также смежных символов дискретного сообщения.

Именно новое свойство совокупности признаков, приводящих к увеличению скорости передачи информации в системах с повторением передач и обратной связью в условиях сильных помех и активных вторжений с гарантированным восстановлением ошибочно принятых одиночных или смежных символов (т.е. до 30% ошибочно принятых символов), позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого технического решения критерию “изобретательский уровень”.

Предлагаемый способ передачи дискретных сообщений 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 -первое кодирующее устройство;

блок 4 – первый передатчик;

блок 5 – первый приемник;

блок 6 – второй приемник;

блок 7 – второе запоминающее устройство;

блок 8 – второе кодирующее 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 – вычитающее устройство, блок 12 – линия задержки на один символ.

Сигнал в виде последовательности нулевых и единичных бит

{10010111001010101111011010110011}

делят на блоки. Для простоты описания работы устройства будем считать, что длина блока равна n=4 бита. В этом случае р=2ⁿ=16, а последовательность блоков-символов будет иметь вид

{1001 0111 0010 1010 1111 0110 1011 0011}.

Последовательность блоков-символов подают в первое запоминающее устройство 2, где формируют дискретное сообщение в виде последовательности символов ={9, 7, 2, 10, 15, 6, 11, 3}. В устройстве 3 формируют копию дискретного сообщения путем кодирования символов дискретного сообщения. При этом каждый символ копии дискретного сообщения определяют в соответствии с формулой _iр+_i–_i-1(mod Р). Сформированное дискретное сообщение ={9, 7, 2, 10, 15, 6, 11, 3} и его копию ={9, 14, 11, 8, 5, 7, 5, 8} с помощью устройств 4 и 6 передают по линии связи в виде последовательности символов ={1001 0111 0010 1010 1111 0110 1011 0011}, ={1001 1110 1011 1000 0101 0111 0101 1000} и запоминают в устройстве 7 на приемном конце линии связи. Каждый символ принятого дискретного сообщения в устройстве 8 кодируют в соответствии с формулой _ip+_i–_i-1(mod Р). В решающем устройстве 9 символы закодированного дискретного сообщения ^*={9, 14, 11, 8, 5, 7, 5, 8} сравнивают с символами принятой копии дискретного сообщения, хранящимися во втором запоминающем устройстве 8. Если отсутствуют расхождения в символах, то с помощью устройств 10 и 5 передают на другой конец линии связи информацию на продолжение передачи последующих дискретных сообщений. Если есть расхождения в одиночных сравниваемых символах, то осуществляют корректировку искаженных символов принятой копии дискретного сообщения, а если возникли расхождения в двух и более k смежных символах, то осуществляют корректировку искаженных символов принятого дискретного сообщения и принятой копии дискретного сообщения. При этом могут быть скорректированы ошибочно принятые символы из набора {_i+1, _i+2, _i+3, …, _i+k-1, _i+1, _i+2, _i+3, …, _i+k}.

Например, если в принятом дискретном сообщении ={9, 7, 2, 10, 15, 6, 11, 3} произойдет искажение 3-го, и 4-го, и 5-го символа, вместо значения {0010} ₃=2 будет принято значение {0110} ₃=6, а вместо значения {1010} ₄=10 будет принято значение {0010} ₄=2, а вместо значения {1111} ₅=15 будет принято значение {1101} ₅=13, а также в принятой первой копии дискретного сообщения ={9, 14, 11, 8, 5, 7, 5, 8} произойдет искажение 2-го и 7-го символа, вместо значения {1110} ₂=14 будет принято значение {1011} ₂=11, а вместо значения {0101} ₇=5 будет принято значение {1100} ₇=10, то в этом случае символы принятого дискретного сообщения будут иметь следующие значения ={9, 7, 6, 2, 13, 6, 11, 3}, а символы принятой копии дискретного сообщения будут иметь следующие значения ={9, 11, 11, 8, 5, 7, 10, 8}. При кодировании символов дискретного сообщения на приемной стороне ее символы будут иметь значения ^*={9, 14, 15, 12, 11, 9, 5, 8}. При сравнении этих символов с символами принятой копии дискретного сообщения имеет место расхождение в шести смежных символах ₂=11, ₃=11, ₄=8, ₅=5, ₆=7, ₇=10, ₂ ^*=14, ₃ ^*=15, ₄ ^*=12, ₅ ^*=11, ₆ ^*=9, ₇ ^*=5. Следовательно, необходима коррекция ошибочно принятых символов ₁=9, ₂=7, ₃=6, ₄=2, ₅=13, ₆=6, ₇=11, ₈=3, ₁=9, ₂=11, ₃=11, ₄=8, ₅=5, ₆=7, ₇=10, ₈=8. Для корректировки ошибочно принятых символов составляют 15 уравнений и осуществляют проверку их выполнения. Эти уравнения имеют следующий вид:

Проверяют выполнение условий для всех уравнений:

Поскольку выполняется условие только для уравнения 7, то символы, входящие в это уравнение ₂, ₆, ₃, ₄, ₅, ₆, являются неискаженными, а корректировке подлежат только символы ₃, ₄, ₅:

,

,

.

Поскольку символы ₁, ₂ и ₆ не искажены, а символы ₃, ₄, ₅ – скорректированы, то все символы дискретного сообщения восстановлены.

Затем корректируются одиночные искаженные символы копии дискретного сообщения:

.

Так как для всех скорректированных символов закодированное дискретное сообщение совпадает с принятой и скорректированной копией дискретного сообщения, то по каналу обратной связи передают информацию на продолжение передачи последующих дискретных сообщений.

Поскольку смежные искаженные символы дискретного сообщения могут корректироваться, то это позволяет увеличить число корректируемых символов дискретного сообщения с 25 до 30% по отношению к заявленному прототипу, при этом уменьшается среднее число передач одного дискретного сообщения и увеличивается скорость передачи информации в условиях сильных помеховых воздействий.

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

3. Способ передачи дискретной информации в системах с обратной связью. Патент на изобретение №2239951 от 10.11.2004.

4. Способ передачи дискретной информации в системах с обратной связью. Патент на изобретение №2239289 от 27.10.2004.

Формула изобретения

Способ передачи дискретных сообщений в системах с повторением передач и обратной связью, заключающийся в том, что на передающем конце линии связи осуществляют деление входного сигнала на блоки длиною n бит, формируют дискретное сообщение в виде последовательности блоков-символов длиною n бит, формируют копию дискретного сообщения путем кодирования каждого символа сформированного дискретного сообщения, запоминают сформированное дискретное сообщение и его копию и передают их по линии связи, а по каналу обратной связи передают информацию на продолжение передачи последующих дискретных сообщений, если на приемном конце линии связи символы копии дискретного сообщения и символы закодированного дискретного сообщения совпадают, отличающийся тем, что символы копии дискретного сообщения определяют в соответствии с формулой _ip+_i–_i-1(mod Р), где Р=2ⁿ, символы _i, _i – это числа, записанные в виде знаков двоичной системы счисления и представленные в виде последовательности (комбинации) нулевых и единичных бит: _i, _i – символ и закодированный символ, соответствующий данному блоку сформированного дискретного сообщения, _i-1 – символ, соответствующий предыдущему блоку сформированного дискретного сообщения, а на приемном конце линии связи каждый символ дискретного сообщения кодируют аналогично, как и на передающем конце линии связи, сравнивают символы принятого и закодированного дискретного сообщения с символами принятой копии дискретного сообщения, при этом, если имеются расхождения в нескольких k2 смежных символах _{i+1 i+2}, _i+3, …, _i+k то последовательно проверяют выполнение условий для следующих уравнений:

при этом, если условие уравнения (1) выполняется, то корректируют следующие символы дискретного сообщения по формулам:

если условие уравнения (2) выполняется, то корректируют следующие символы дискретного сообщения по формулам:

если условие уравнения (3) выполняется, то корректируют следующие символы дискретного сообщения по формулам:

если условие уравнения (k-1) выполняется, то корректируют символ дискретного сообщения _i+k-1 по формуле _i+k-1i+k-2+_i+k-1(mod P), если условие уравнения (k) выполняется, то корректируют следующие символы дискретного сообщения по формулам:

если условие уравнения (k+1) выполняется, то корректируют следующие символы дискретного сообщения по формулам:

если условие уравнения (2k-3) выполняется, то корректируют символ _i+k-2 с использованием формулы _i+k-2i+k-3+_i+k-2(mod P), если условие уравнения (k·(k-1)/2) выполняется, то корректируют символ _i+1 по формуле _i+1i+_i+1(mod P), затем определяют нескорректированные символы дискретного сообщения путем формирования полной совокупности символов дискретного сообщения и удаления из нее скорректированных символов и неискаженных символов дискретного сообщения, которым соответствуют закодированные символы, совпадающие с символами принятой копии дискретного сообщения, при этом если остались нескорректированные символы дискретного сообщения, то корректируют одиночные искаженные символы _i+m копии дискретного сообщения с использованием формулы _i+m p+_i+m–_i+m-1(mod P), где _i+m и _i+m-1 – неискаженные или скорректированные символы дискретного сообщения, и передают по каналу обратной связи информацию на повторную передачу копии дискретного сообщения.

РИСУНКИ