Способ передачи и приема информации

Область техники

Изобретение относится к технике связи, а точнее - к способам передачи и приема информации (СППИ) в системе цифровой связи. Проблема увеличе- ния технико-экономической эффективности систем передачи и приёма ин- формации с учетом всех компонентов, влияющих на ее стоимость и техниче- ские показатели, в том числе повышения информационной вместимости без потери информации, рационального хранения и передачи сообщений являет- ся актуальной, что, в свою очередь, требует развития и совершенствования способов передачи и приема информации.

Предшествующий уровень техники

Известен способ передачи и приема информации [Радиотехника: Энцик- лопедия/ под ред. Ю.Л. Мазора и др. - М: Издательский дом «Додэка -XXI», 2002, с.63-64], признаки которого реализованы, по - существу, во всех соот- ветствующих способах и являющийся аналогом предлагаемому техническо- му решению. В этом способе информацию источника последовательно пре- образуют в сообщение в физико-электрическом преобразователе информа- ции, кодируют его в кодере, в радиопередающем устройстве модулируют не- сущую частоту закодированным сообщением и посылают сигнал по каналу связи, принимают сигнал в радиоприемном устройстве, демодулируют его, декодируют и производят обратное электрофизическое преобразование со- общения информации в удобный для потребителя вид. Наиболее близким аналогом является способ передачи и приема инфор- мации [Скляр Бернард. Цифровая связь. Теоретические основы и практиче- ское применение. Изд. 2-е испр.: пер. с англ.— М.: Издательский дом «Виль- ямс», 2004. - 1104 с. 32-36] от нескольких источников, при котором на пере- дающей стороне формируют известными способами цифровой поток двоич- ных битов, идентифицируют коды двоичных битов потока из набора двоич- ных кодов 0 и 1 , последние преобразуют в сигналы, совместимые с каналом связи, и передают их. На приёмной стороне в обратном порядке поток сигна- лов преобразуют в цифровой поток двоичных битов, формируют его по об- ратным к упомянутым известным способам и подают в удобном виде по- требителям, а, при необходимости, сохраняют на носителях информации.

Раскрытие изобретения

Сущность изобретения направлена на повышение технико- экономической эффективности СППИ благодаря тому, что на передающей стороне в первичном цифровом потоке двоичных битов выделяют последо- вательные группы с заданным числом р битов в группе и для каждой груп- пы идентифицируют соответствующую ей последовательность двоичных кодов. Определяют соответствующее этой группе число п преимущественно в десятичной системе счисления. Каждую группу битов взаимно-однозначно преобразуют в упорядоченную совокупность битов с соответствующей по- следовательностью кодов этих битов. В способе дополнительно к значениям набора двоичных кодов 0 и 1 введены другие заданные значения кодов, при- чём коды с первого до предпоследнего в последовательности кодов, соответ- ствующих упорядоченной совокупности битов, могут принимать значения только из набора двоичных кодов 0 и 1 , а последний код K может прини- мать значения только из М дополнительно введённых значений кодов. При приёме каждый из последовательно принимаемых битов идентифицируют двоичным кодам 0 , 1 и кодам из набора дополнительно введённых значений кодов, идентифицируют упорядоченную совокупность битов и соответст- вующую ей последовательность кодов, расположенных между предыдущим принятым битом с кодом из набора дополнительно введённых значений ко- дов и последующим принятым битом с кодом из набора дополнительно вве- дённых значений кодов, включая его. Через известное на приёмной стороне значение М , идентифицированное значение K _j приведёнными в способе действиями восстанавливают казанное число п в десятичной системе счис- ления, переводят его в число двоичной системы счисления, содержащее указанные и известные на приёмной стороне р позиций двоичной системы счисления, соответствующих р позициям двоичных кодов битов в группе, а восстанавливаемый первичный цифровой поток двоичных битов группы формируют соответственно из битов со значениями кодов, соответствующих двоичным цифрам 0, 1 полученного таким образом двоичного числа.

Для достижения указанного технического результата в способе передачи и приема информации при необходимости от нескольких источников инфор- мации к её потребителям в системе цифровой связи на передающей стороне формируют известными способами первичный цифровой поток двоичных битов, идентифицируют коды двоичных битов потока из набора двоичных кодов 0 и 1 , выделяют в потоке последовательные группы с заданным чис- лом р битов в группе и для каждой группы идентифицируют соответствую- щую ей последовательность двоичных кодов, считывают соответствующее этой группе число в двоичной системе счисления и преимущественно пере- водят его в число п в десятичной системе счисления, каждую группу битов взаимно-однозначно преобразуют в упорядоченную совокупность из J би- тов с соответствующей последовательностью кодов этих битов (K _] , K ₂ ,..., K _j , ..., K _J _ _i , K _J ) , где индексу принимает значения от 1 до J ,

J = tranc(\og ₂ i) + 1 , где i = n divM+ \ , tranc(X) - целая часть числа X , Α ώνΒ - це- лая часть при делении целого числа А на целое число В , а М - количество значений кодов, введённых дополнительно к значениям набора двоичных ко- дов 0 и 1 , причём код К _} принимает значение из набора М дополнительно введённых значений 2, ..., М + \ в соответствии с выражением K _j = n -(i - l)M + 2 , и при J = l указанная последовательность кодов состоит только из него, а при J > 1 возможные коды K _j в указанной последовательно- сти кодов принимают значения только из набора двоичных кодов 0 и 1 для значений индекса j от 1 до J- 1 через параметры / = I div2 , где / ₀ = / , в со- ответствии с выражениями К _} = / _, mod 2 , где A mod В - остаток при делении целого числа А на целое число В , и таким образом формируют вторичный цифровой поток битов, соответствующих указанной преобразованной после- довательности кодов, при необходимости дальнейшей синхронизированной передачи информации по каналу связи указанный цифровой поток битов преобразуют в поток сигналов, совместимых с каналом связи, например, по- средством идентификации кода каждого передаваемого бита и формирова- ния сигнала, взаимно-однозначно соответствующего значению этого кода, из совокупности сигналов S ₀ , S _i , S ₂ ,...,S _M+l с общим их количеством М + 2 , в кото- рых индексы сигналов взаимно-однозначно соответствуют значениям кодов из набора двоичных кодов 0,1 и дополнительно введённых значений кодов 2,..., + 1 , и на приёмной стороне синхронизированно принимают переда- ваемые по каналу связи сигналы, преобразуют их во вторичный цифровой поток битов, каждый из последовательно принимаемых битов идентифици- руют двоичным кодам 0,1 и кодам из указанного набора М дополнительно введённых значений 2,..., + 1 , идентифицируют упорядоченную совокуп- ность битов и соответствующую ей последовательность кодов этих битов (K K ₂ ,..., K _j , ..., K _j _ , K _j ) , расположенных между предыдущим принятым битом с кодом из набора дополнительно введённых значений кодов и последующим принятым битом с кодом из набора дополнительно введённых значений ко- дов, включая его, при этом в указанной последовательности кодов заменяют код со значением К на код со значением 1 , в полученной последовательно- сти кодов считывают в обратном порядке двоичные цифры, полученное та- ким образом число в двоичной системе счисления переводят в упомянутое соответствующее ему число в десятичной системе счисления, и через из- вестное на приёмной стороне значение М , идентифицированное значение К _} и полученное число i восстанавливают упомянутое число п в десятичной системе счисления в соответствии с выражением п = М (i- \) + K _j -2 , перево- дят его в число двоичной системы счисления, содержащее указанные и из- вестные на приёмной стороне р позиций двоичной системы счисления, со- ответствующих р позициям двоичных кодов битов в группе, а восстанавли- ваемый первичный цифровой поток двоичных битов группы формируют со- ответственно из битов со значениями кодов, соответствующих двоичным цифрам 0, 1 полученного таким образом двоичного числа, при приёме после- дующих групп указанные действия повторяют, восстанавливают первичный цифровой поток двоичных битов, формируют его по обратным к упомяну- тым известным способам, при необходимости, и подают в удобном виде по- требителям, кроме того, при необходимости вторичный цифровой поток би- тов на передающей стороне и/или на приёмной стороне одним из известных способов преобразуют и сохраняют на носителях информации, а при считы- вании с носителя воспроизводят вторичный цифровой поток битов, по нему указанными действиями восстанавливают первичный цифровой поток дво- ичных битов и при необходимости производят действия, указанные после восстановления первичного цифрового потока двоичных битов.

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. Осуществление изобретения

СППИ по настоящему изобретению может быть воплощен в системе цифровой связи с соответствующей организацией её работы и известными методами обработки сигналов. Ниже изобретение описано более детально.

Сущность способа заключается в следующем. Предполагается, что при необходимости информацию передают от нескольких источников. Информа- ция от источников может быть, в том числе, сжата, например, с использова- нием двоичного кодирования Хаффмана, и уплотнена. В любом случае обя- зательным условием применения способа является формирование на пере- дающей стороне известными способами первичного цифрового потока дво- ичных битов и идентификация кодов двоичных битов потока из набора дво- ичных кодов 0 и 1 .

В потоке выделяют последовательные группы с заданным числом р би- тов в группе. Для каждой группы идентифицируют соответствующую ей последовательность двоичных кодов, считывают соответствующее этой группе число в двоичной системе счисления и преимущественно переводят его в число п в десятичной системе счисления. Каждую группу битов вза- имно-однозначно преобразуют в упорядоченную совокупность из J битов с соответствующей последовательностью кодов этих битов {К ,К _г , ..., К ..., К _ , К ₃ ) . Здесь индекс/ принимает значения от 1 до J ,

J = tranc(log ₂ i) + \ , где i = n divM + l , tranc(X) - целая часть числа X , Α ώνΒ - це- лая часть при делении целого числа А на целое число в , а М - количество значений кодов, введённых дополнительно к значениям набора двоичных ко- дов 0 и 1.

Код K _j принимает значение из набора М дополнительно введённых зна- чений 2,..., + 1 в соответствии с выражением K _j = и- (/ ^' - 1) + 2 . При J = l указанная последовательность кодов состоит только из кода K _j . При J > 1 возможные коды K _s в указанной последовательности кодов принимают зна- чения только из набора двоичных кодов 0 и 1 для значений индекса j от 1 до J - 1 через параметры / = I _j ^divl , где l ₀ = i , в соответствии с выражениями К _j = / _, mod 2 , где A mod B - остаток при делении целого числа А на целое чис- ло В . Таким образом формируют вторичный цифровой поток битов, соот- ветствующих указанной преобразованной последовательности кодов.

При необходимости дальнейшей синхронизированной передачи инфор- мации по каналу связи указанный цифровой поток битов преобразуют в по- ток сигналов, совместимых с каналом связи. Это производят, например, по- средством идентификации кода каждого передаваемого бита и формирова- ния сигнала, взаимно-однозначно соответствующего значению этого кода, из совокупности сигналов S ₀ , S _l ,S ₂ ,...,S _M+l с общим их количеством М + 2 . Ин- дексы сигналов взаимно-однозначно соответствуют значениям кодов из на- бора двоичных кодов 0, 1 и дополнительно введённых значений кодов 2,..., + 1 .

На приёмной стороне синхронизированно принимают передаваемые по каналу связи сигналы и преобразуют их во вторичный цифровой поток би- тов. Каждый из последовательно принимаемых битов идентифицируют дво- ичным кодам 0, 1 и кодам из указанного набора М дополнительно введённых значений 2,..., М + \ . Также идентифицируют упорядоченную совокупность битов и соответствующую ей последовательность кодов этих битов (K^ K ₂ , ..., KJ , ..., K _J _ K _J ) , расположенных между предыдущим принятым битом с кодом из набора дополнительно введённых значений кодов и последующим принятым битом с кодом из набора дополнительно введённых значений ко- дов, включая его. При этом в указанной последовательности кодов заменяют код со значением K _j на код со значением 1. В полученной последовательно- сти кодов считывают в обратном порядке двоичные цифры. Полученное та- ким образом число в двоичной системе счисления переводят в упомянутое соответствующее ему число в десятичной системе счисления. Далее через известное на приёмной стороне значение М , идентифицированное значение К _j и полученное число / ^' восстанавливают упомянутое число п в десятичной системе счисления в соответствии с выражением n = M(i - \) + K _j -2. Это чис- ло переводят в число двоичной системы счисления, содержащее указанные и известные на приёмной стороне р позиций двоичной системы счисления, соответствующих р позициям двоичных кодов битов в группе. Восстанав- ливаемый первичный цифровой поток двоичных битов группы формируют соответственно из битов со значениями кодов, соответствующих двоичным цифрам 0, 1 полученного таким образом двоичного числа. При приёме по- следующих групп указанные действия повторяют и восстанавливают пер- вичный цифровой поток двоичных битов. Этот поток формируют по обрат- ным к упомянутым известным способам, при необходимости, и подают в удобном виде потребителям.

Кроме того, при необходимости вторичный цифровой поток битов на пе- редающей стороне и/или на приёмной стороне одним из известных способов преобразуют и сохраняют на носителях информации. При считывании с но- сителя воспроизводят вторичный цифровой поток битов, по нему указанны- ми действиями восстанавливают первичный цифровой поток двоичных битов и при необходимости производят действия, указанные после восстановления первичного цифрового потока двоичных битов.

Количество всех вариантов битов в группах с заданным числом р битов в группе определяется как 2 ^Р . Например, при заданном р = 5 количество вари- антов битов в группах равно 32. Ниже в таблице показаны эти возможные 32 упорядоченных вариантов битов в группах в двоичной системе счисления, которые могут встретиться в первичном цифровом потоке двоичных битов, соответствующие им указанные числа п в десятичной системе счисления и последовательности кодов, соответствующие упорядоченным совокупно- стям из J битов, полученным при взаимно-однозначных преобразованиях групп битов по предлагаемому способу для различных значений м . Воз- Чис- Коды Коды Коды Коды Коды Коды Коды можные ла п = 1 М = 2 м=з М = 4 М = 5 М = 6 М = 1 вариан- в де- ты би- деся

тов в ся- группах тич- в дво- ной

ичной сис- системе теме

счисле- счис

ния ле- ния

00000 0 2 2 2 2 2 2 2

00001 1 02 3 3 3 3 3 3

00010 2 12 02 4 4 4 4 4

00011 3 002 03 02 5 5 5 5

00100 4 102 12 03 02 6 6 6

00101 5 012 13 04 03 02 7 7

00110 6 112 002 12 04 03 02 8

00111 7 0002 003 13 05 04 03 02

01000 8 1002 102 14 12 05 04 03

01001 9 0102 103 002 13 06 05 04

01010 10 1102 012 003 14 12 06 05

01011 11 0012 013 004 15 13 07 06

01100 12 1012 112 102 002 14 12 07

01101 13 0112 113 103 003 15 13 08

01110 14 1112 0002 104 004 16 14 12

01111 15 00002 0003 012 005 002 15 13

10000 16 10002 1002 013 102 003 16 14

10001 17 01002 1003 014 103 004 17 15

10010 18 11002 0102 112 104 005 002 16

10011 19 00102 0103 113 105 006 003 17

10100 20 10102 1102 114 012 102 004 18

10101 21 01102 1103 0002 013 103 005 002

10110 22 11102 0012 0003 014 104 006 003

10111 23 00012 0013 0004 015 105 007 004

11000 24 10012 1012 1002 112 106 102 005

11001 25 01012 1013 1003 113 012 103 006

11010 26 11012 0112 1004 114 013 104 007

11011 27 00112 0113 0102 115 014 105 008

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) 11100 28 10112 1112 0103 0002 015 106 102

11101 29 01112 1113 0104 0003 016 107 103

НПО 30 11112 00002 1102 0004 112 012 104

11111 31 000002 00003 1103 0005 113 013 105

Приведём для заданных значений М значения средних длин кодов (среднее количество битов, приходящихся на одну совокупность битов), оп- ределяемых как d = где к _п - количество битов в указанной сово-

купности битов с номером п :

d = 4,2\9 при = 1, Й? = 3,375 при М = 2, d = 2,969 при М = 3, d = 2,625 при = 4, = 2,375 при = 5, я? = 2,250 при М = 6, d = 2,125 при = 7.

Как видим, способ позволяет существенно сжать передаваемую или со- храняемую информацию.

Покажем процедуру передачи и приёма одной группы битов. Зададим число битов в группе, равным 5 (^ = 5), и номер группы и = 3. Этому номеру соответствует вариант битов 00011. Зададим число дополнительно введён- ных значений кодов М = \. Тогда значение i -ndivM + l = 3divl+l = 4n общее число битов (и кодов битов) в указанной совокупности равно J = tranc(\og ₂ i) + l-tranc(log ₂ 4) + l = 3. При этом значение последнего кода в указанной последовательности кодов равно

^ ₃ =«-(г ^' -1) + 2 = 3-(4-1)х1 + 2 = 2. Другие коды последовательности опре- деляются через /, как / ₀ =/ = 4. /, = l ₀ div2 = 4div2 = 2 Тогда

Κ _λ = / ₀ mod 2 = 4 mod 2 = 0, К ₂ = Ι _λ mod 2 = 2 mod 2 = 0. Итак, совокупность кодов К К ₂ ,К ₂ есть 002. Их преобразуют в поток сигналов, взаимно-однозначно соответствующих значениям кодов. При приёме сигналы обратно преобра- зуют в цифровые потоки битов, каждый из последовательно принимаемых битов идентифицируют двоичным кодам 0,1 и коду 2. При приёме бита с ко- дом 2 идентифицируют упорядоченную совокупность битов и соответст- вующую ей последовательность кодов этих битов 002. В этой последова-

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) тельности заменяют код 2 на код 1, получая 001, и считывают его в обрат- ном порядке. Полученное в двоичной системе счисления число 100 перево- дят в соответствующее ему число / в десятичной системе счисления (i = 4). Через известное на приёмной стороне значение М = \ , идентифициро- ванное значение К _ъ =2 и полученное число г=А восстанавливают номер п группы в десятичной системе счисления и = Л (г ^' -1) + _/ -2 = 1х(4-1) + 2-2 = 3.

В двоичной системе счисления оно равно 11 и при его переводе в р = 5 пози- ций двоичной системы счисления оно соответствует варианту битов в груп- пе 00011.

Проиллюстрируем возможности заявляемого способа на примере переда- чи следующего первичного цифрового потока двоичных битов: 00101001000010100011001100010001011 - количество битов в потоке 35, исполь- зованы 2 вида элементарных сигналов (0 и 1).

При передаче этого потока по предложенному способу и выделении в по- токе последовательных групп с заданным числом р = 5 битов в группе полу- чаются следующие результаты:

при = 1: 0121020120021121020012 - количество битов в потоке 22,исполь- зованы 3 вида элементарных сигналов (0, 1 и 2),

при М = 2: 1312130300212013 - количество битов в потоке 16, использованы 4 вида элементарных сигналов (0,1, 2 и 3),

при М- 4: 0302035040215 - количество битов в потоке 13, использованы 6 видов элементарных сигналов (0,1,2,3,4 и 5).

Отметим, что с увеличением М степень сжатия сообщения увеличивает- ся, но при этом реализация усложняется из-за увеличения количества видов используемых элементарных сигналов, поэтому в каждом конкретном случае применения способа следует находить компромисс между степенью сжатия сообщения и усложнением реализации.

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Промышленная применимость

Таким образом, предложена более эффективная передача (и хранение) ин- формации, позволяющая затратить на передачу информации меньше времени и, соответственно, увеличить информационную вместимость канала связи, при хранении же используется меньше площади/объёма носителя. Способ прост в реализации с использованием современной элементной базы, т.к. ал- горитм кодирования и восстановления информации представлен в виде про- стых выражений. Также при передаче и приёме информации осуществляют её сжатие без потерь и не требуются разделители между символами.

Промышленная применимость. Настоящее изобретение может быть при- менено для развития и совершенствования существующих и перспективных систем связи. СППИ по данному изобретению позволяет эффективно исполь- зовать ресурс. Проведенный анализ позволил установить: аналоги с сово- купностью признаков, тождественных всем признакам заявленного техниче- ского решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного спо- соба условию «новизны». Результаты поиска известных решений в области СППИ с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного способа, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники.

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26)