Спосіб передавання дискретної інформації з адаптацією до параметрів каналу зв’язку та пристрій для його реалізації

1 Спосіб передавання дискретної інформації з адаптацією до параметрів каналу зв'язку, який включає зчитування байта інформації з носія, перетворення його на послідовний код і передавання до каналу зв'язку, який відрізняється тим, що на передавальному боці додатково визначають швидкість передавання інформації, визначають період вимірювань напруги завад у каналі зв'язку, визначають середнє значення напруги завад у каналі, розраховують перевищення рівня завад над базовим т , розраховують значення (Іодг т+1), приводять отримане значення до непарного числа округленням в більший бік, передають каналом зв'язку на приймальний бік умови передавання (КІЛЬКІСТЬ повторів) і передають байт інформації каналом зв'язку визначену КІЛЬКІСТЬ разів, на приймальному боці з каналу зв'язку приймають умови передавання (КІЛЬКІСТЬ повторів однієї і тієї самої інформації), отримують з каналу зв'язку байт Винахід відноситься до техніки передавання інформації і може використовуватися в інформаційно-вимірювальних системах, комп'ютерних мережах та системах обміну інформацією Відомий спосіб передавання та приймання двійкових сигналів га пристрій для його реалізації (Авторське свідоцтво СРСР № 1164892, МКІ НОЗМ 13/00, бюлетень "Изобретения стран мира", 1985, №18), Спосіб полягає в тому, що під час передавання перед кожним імпульсом перетворюваної ПОСЛІДОВНОСТІ формують додатковий, полярність якого встановлюють у ВІДПОВІДНОСТІ З кореляційним інформації визначену КІЛЬКІСТЬ разів, перетворюють його на паралельний код і записують значення до оперативного запам'ятовувального пристрою, здійснюють побітове визначення вмісту розрядів байта за максимальною КІЛЬКІСТЮ їх значень (нулів та одиниць) 2 Пристрій для передавання дискретної інформації, який містить персональний комп'ютер у складі центрального процесора, оперативного запам'ятовувального пристрою, постійного запам'ятовувального пристрою, носія інформації та системного каналу, послідовний порт та канал зв'язку, який відрізняється тим, що до нього введені аналого-цифровий перетворювач, програмований таймер та паралельний порт, причому до каналу зв'язку підключені вхід аналого-цифрового перетворювача та вихід послідовного порту з передавального боку та вхід послідовного порту з приймального, перший канал паралельного порту зв'язаний з інформаційним виходом аналогоцифрового перетворювача, другий канал з'єднаний з виходом "Кінець перетворення" аналого-цифрового перетворювача, за допомогою системного каналу центральний процесор зв'язаний з модулями персонального комп'ютера, послідовним та паралельним портами, а також програмованим таймером 00 перетворенням полярності імпульсів початкової двійкової ПОСЛІДОВНОСТІ, а під час приймання пе ред порівнянням кожного сигналу, отриманого після стробування із завданим порогом, визначають його полярність і формують сигнал, що відповідає полярності даного сигналу, отриманого після стробування і сигнал передбачення полярності наступного сигналу, отриманого після стробування в наступний ВІДЛІКОВИЙ момент часу у ВІДПОВІДНОСТІ з кореляційним перетворенням, що здійснюється під час передавання, який порівнюється з сигналом, що відповідає полярності наступного сигналу, отриманого після стробування, а при їх невідпові 48411 дності збільшують завданий поріг Відомий також спосіб кодування та передавання інформації (Ангорське свідоцтво СРСР № 1432788, МКІ НОЗМ 13/00 бюлетень "Открытия Изобретения", 1988, №39) Спосіб містить в собі кодування інформаційної ПОСЛІДОВНОСТІ елементарних бінарних сигналів за допомогою частотної маніпуляції з неперервною фазою і наступне передавання модульованого сигналу каналом зв'язку Завдяки передаванню кожних п (п > 1), кодованих загортковим кодом елементарних двійкових сигналів інформаційної ПОСЛІДОВНОСТІ з некодованим елементарним двійковим сигналом ціп самої ПОСЛІДОВНОСТІ, ПІСЛЯ ЧОГО ЗДІЙСНЮЮТЬ частотну модуляцію з неперервною фазою При цьому забезпечується підвищення швидкості передавання Кодова відстань лишається незмінною Вказані способи мають той недолік, що не враховують умов передавання інформації каналом зв'язку Найбільш близьким по технічній суті є спосіб кодування і передавання інформації із захистом та пристрій для його реалізації (Патент України на винахід № 23491 А, МКІ НОЗМ 13/00, бюлетень "Промислова власність", 1998, №4) Спосіб вміщує в собі моделювання ПОСЛІДОВНОСТІ елементарних двійкових сигналів і передавання їх каналом зв'язку у вигляді стандартного блока На передавальному боці чисельними методами розраховуються коефіцієнти ряду Фур'є, отримані гармоніки по черзі відкидають, починаючи з кінця, до тих пір, поки похибка відновлення буде в межах 0,5, досягаючи мінімального складу ряду Фур'є Отримані коефіцієнти розбивають на байти за правилами комп'ютерної адресування, перетворюють на послідовний код і передають до каналу зв'язку На приймальному боці елементарні ДВІЙКОВІ сигнали зчитують з каналу зв'язку, демодулюють, перетворюють на паралельний код по байтах, вводять до персонального комп'ютера, де за правилами комп'ютерного адресування з них формують коефіцієнти ряду Фур'є довжиною у стандартне машинне слово, розраховують значення функції і аргументу, що дорівнює 1,2, , п, де п - довжина стандартного блока інформації, а отримані значення округлюють до найближчого цілого числа Вказаний спосіб, як і попередні, розрахований на відновлення сигналу, що формується на передавальному пункті, із завданою похибкою При цьому не враховуються особливості передавання При передаванні сигналів інформації в умовах кодовоімпульсної модуляції немає необхідності у повному відновленні прямокутного імпульсу, за рахунок чого є достаним передавати не ряд гармонік, а лише основну При цьому сигнал буде являти собою послідовну комбінацію з восьми гармонічних сигналів фіксованих частот fc/2, fc/4, fc/6, fc/8, fc/10, fc/12, fc/14, fc/16 Навіть якщо не ставити на виході ВІСІМ окремих вузькосмугових фільтрів, а використовувати один достатньо широкосмуговий, то зайнята каналом смуга частот буде являти собою Jmss -у У ram ry ,f ., Jt g V4' де fc - частота синхронізації послідовного інтерфейсу Час передавання залежить від швидкості передавання, тривалості однієї кодової комбінації та об'єму файла, що передається / і .. XT __ ї k-v • /y де N - КІЛЬКІСТЬ переданих кодових комбінацій, п - КІЛЬКІСТЬ розрядів в одній переданій кодовій комбінації, v - швидкість передавання інформації, біт/с, k - коефіцієнт масштабування, що визначає ВІДПОВІДНІСТЬ між швидкістю передавання інформації та частотою синхронізації, в більшості випадків він чисельно дорівнює 1 Гц/біт ВІДПОВІДНО ДО класичною подання параметрів сигналу, що передається (Кузьмин И В , Кедрус В А Основы теории информации и кодирования К Вища школа, 1977, с 131 - 133), його об'єм буде складати 16 Рі= - потужність завади Якщо передавання інформації здійснюється в байтовому форматі (п = 8), то об'єм сигналу буде являти собою Таким чином, до об'єму сигналу входять обсяг файла, що підлягає передаванню, та співвідношення сигнал/шум Змінюючи ЦІ складові з умови рівності об'єму сигналу можна добиватися найбільш ефективного режиму передавання Недоліком прототипу є те, що умови передавання (такі параметри як рівень завад або співвідношення сигнал/шум) ним взагалі не враховуються, що призводить до зниження вірогідності передавання інформації за рахунок виливу завад Таким чином, суттєвий ефект може дати врахування цього параметру і розроблення алгоритму адаптації засобу передавання до параметрів каналу В основу винаходу покладена задача створення способу передавання інформації, при якому за рахунок введення нових операцій забезпечується адаптація пристрою передавання до параметрів каналу, завдяки чому зменшується вплив завад і підвищується вірогідність передавання інформації Вказана задача вирішується тим, що на передавальному боці спочатку здійснюється вимірювання рівня завад в каналі зв'язку, після чого визначається КІЛЬКІСТЬ разів, які необхідно повторювати передавання, а лише тоді в режимі накопичування здійснюється передавання інформації з повторюванням та арбітражем Якщо на протязі часу передавання рівень сигналу постійний і дорівнює Uc, а на сигнал впливає адитивна завада Ц, то ПОСЛІДОВНІСТЬ підрахунків можна подати у вигляді 4 ік С +*/. =J/ , . — £ / „ + f . ' І де Uj=m - значення напруги в момент m-го підрахунку В каналі зв'язку буде проходити сигнал (б) Відношення потужностей сигналу та завади буде визначатися співвідношенням "7) ~1 y - дисперсія завади в каналі зв'язку З урахуванням того, що значення рівня завади некорельовані, дисперсія суми підрахунків Ц, дорівнює сумі дисперсій відрахунків ї) Вважаючи, що завада є стаціонарним випадковим процесом, можна отримати, 1 /. J m У і -і Тоді співвідношення потужностей сигналу і завади в каналі зв'язку можна подати у вигляді иг (р) Тобто, при перерахованих вище умовах повторне передавання однієї і тієї самої інформації m разів можна розглядати як збільшення відношення сигнал/шум в m разів Визначений формулою (4) обсяг сигналу V можна записати у вигляді I 0 g 3 1 \5 \ Іо т І - Ч 5 N fog J — т\~ log,m f i,5 - 35 Або, якщо від потужності переходити до амплітуди Г = 1 5 V log,! ' - 7 A tog, т+іо A lug f (і І 1 nt I т і ян 7 \ Практично вирами (11) та (12) можна інтерпретувати таким чином якщо рівень завад збільшився у m разів, то інформацію, що передається до каналу зв'язку, необхідно повторювати 8 4 1 1 6 разів або передавати (Іодггп + 1) разів При цьому вплив випадкових завад зменшується в Іодггп разів, тобто зменшується імовірність створення сигналу і, ВІДПОВІДНО, в Іодггп разів збільшується вірогідність передавання інформації каналом зв'язку При m-кратному передаванні для підвищення ефективності доцільно реалізовувати режим арбітражу, коли інформація передається непарну КІЛЬКІСТЬ разів і за більшістю повторень визначається правильна Реєстрацію значень напруги потрібно здійснювати в умовах, наближених до реального режиму передавання (з урахуванням швидкості) для уникнення динамічної похибки Період вимірювання напруги завади необхідно визначати зі співвідношення 7 ~т (13) Де Хінф - тривалість передавання одного інформаційною імпульсу Відомий пристрій для приймання дискретних сигналів з кореляційним кодуванням по рівню (Авторське свідоцтво СРСР № 1164892, МКІ НОЗМ 13/00, бюлетень "Изобретения стран мира", 1985, № 18), який вміщує в себе блок кодування і формувач сигналів на передавальному боці, а також формувач вхідного сигналу, блок вирішення, регістр зсуву, блок передбачення знаку, блок порівняння, елемент співпадшня та інвертор Відомий також пристрій для реєстрації способу кодування і передавання інформації (Авторське свідоцтв СРСР № 1432788, МКІ НОЗМ 13/12, бюлетень "Открытия Изобретения", 1988, № 39), який вміщує в собі комутатори, блок сторазового кодування, блок модуляції та канал зв'язку Недоліком даних пристроїв є те, що вони не враховують параметрів каналу передавання Найбільш близьким на технічною суттю є пристрій для реалізації способу кодування і передавання інформації із захистом (Патент України на винахід № 23491 А, МКІ НОЗМ 13/00, бюлетень "Промислова власність", 1998, № 4), який вміщує персональний комп'ютер у складі центрального процесора, оперативного запам'ятовувального пристрою, монітора, клавіатури та носія інформації, арифметичного співпроцесора, друкувального пристрою та системного каналу, канал передавання інформації, модем, програмований контролер переривань та послідовний порт, причому модем зв'язаний з каналом передавання інформації, по двунаправленій шині зв'язаний інформаційним каналом послідовного порту, виходи запитів переривання якого підключені до входів програмованого контролера переривань, а за допомогою системного каналу центральний процесор зв'язаний з арифметичним співпроцесором, постійним та оперативним запам'ятовувальними пристроями, монітором, клавіатурою, друкувальним пристроєм та носієм інформації Недоліком цього пристрою є те, що під час організації передавання інформації він не враховує параметрів каналу обміну (рівня завад та співвідношення сигнал/шум) В основу винаходу поставлена задача удосконалення пристрою передавання дискретної шфо 48411 8 чення напруги завад у каналі 1, - розрахунок перевищення рівня завад над базовим m за допомогою персонального комп'ютера З, - розрахунок персональним комп'ютером З значення (Іодггп + 1), ВІДПОВІДНИМИ зв'язками, - приведення отриманого значення до непарПоставлена задача досягається тим, що до ного числа округленням в більший бік, пристрою, який вміщує персональний комп'ютер у - передавання каналом 1 на приймальний бік складі центрального процесора, оперативного умов передавання (КІЛЬКОСТІ повторів), запам'ятовувального пристрою, постійного за- зчитування байта інформації з носія 9, пам'ятовувального пристрою, носія інформації та - перетворення його на послідовний код за досистемного каналу, послідовний порт та канал помогою порту 6, зв'язку додатково введені блок аналого-цифровий - передавання його до каналу зв'язку 1 визнаперетворювач, паралельний порт та програмовачену КІЛЬКІСТЬ разів, ний таймер, причому до каналу зв'язку підключені на приймальному боці вхід аналог-цифрового перетворювача та вихід - приймання з каналу зв'язку 1 умов передапослідовного порту з передавального боку та вхід вання (повторів однієї і тієї самої інформації), послідовного порту з приймального, вхід "Пуск" - отримання з каналу 1 байта інформації вианалого-цифрового перетворювача підключений значену КІЛЬКІСТЬ разів через послідовний порт 6, до одного каналу паралельного порту, вихід "Кі- перетворення його на паралельний код понець перетворення" - до другого, а інформаційна слідовним портом 6 і зчитування значень до опешина - до третього, за допомогою системного каративного запам'ятовувального пристрою 10 перналу центральний процесор пов'язаний з модулясонального комп'ютера З, ми персонального комп'ютера, послідовним та - побітове визначення вмісту розрядів байта за паралельним портами, а також програмованим максимальною КІЛЬКІСТЮ їх значень (нулів та одитаймером ниць) Введення аналого-цифрового перетворювача Пристрій працює у ВІДПОВІДНОСТІ ІЗ схемами та паралельного порту на передавальному боці роботи, наведеними на фіг 2 та фіг 3 При увідозволяє вимірювати напругу завади, що впливає мкненні живлення центральний процесор 5 здійсна канал зв'язку Введення програмованого тайнює ініціалізацію портів і приводить розрахунок мера дозволяє проводити вимірювання напруги періоду вимірювання напруги завади у ВІДПОВІДНІСзавад з визначеним періодом, який відповідає пеТЮ з формулою (13) Після ЦЬОГО ЗДІЙСНЮЄТЬСЯ ріоду передавання інформації до каналу зв'язку програмування таймера 8 на розрахований часовий інтервал і одночасно із його запуском через На фіг 1 подана схема пристрою, що реалізує паралельний порт 7 формується сигнал "Пуск" спосіб передавання інформації, на фіг 2 - схема Аналого-цифровий перетворювач здійснює кванроботи пристрою з передавального боку, а на фіг тування рівня напруги завади у ВІДПОВІДНОСТІ З фоЗ - схема роботи пристрою з приймального боку рмулою Пристрій для передавання дискретної інформації з адаптацією до параметрів каналу зв'язку вміщує канал зв'язку 1, до якого підключений ана(141 логовий вхід а аналого-цифрового перетворювача ]. 2, персональний комп'ютер 3, в якому за допомогою системного каналу 4 центральний процесор 5 де и о п - значення опорної напруги аналогопов'язаний з послідовним портом 6, паралельним цифрового перетворювача 2, портом 7, програмованим таймером 8 та модуляN m a x - максимальний код, який може зафіксуми персонального комп'ютера 3, носієм інформації вати аналого-цифровий перетворювач 2 9, оперативним запам'ятовувальним пристроєм Після встановлення аналого-цифровим 11, вихід послідовного порту підключений до канаперетворювачем 2 сигналу "Кінець перетворення", лу зв'язку 1 з передавального боку, а вхід - з прирезультат зчитується центральним процесором 5 ймального, перший канал паралельного порту 7 через перший канал паралельного інтерфейсу 7 підключений до інформаційного виходу аналогодо оперативного запам'ятовувального пристрою цифрового перетворювача 2, другий канал - до 10 Після ЦЬОГО центральний процесор починає його виходу "Кінець перетворення", а третій - до контроль стану програмованого таймера 8, який входу "Пуск" працює в режимі від'ємного рахування Стан нуля програмованого таймера 8 означає, що період Описаний спосіб вміщує дм у такій ПОСЛІДОВНОвимірювання завершений і розпочинається настуСТІ пний До програмованого таймера 8 знов записуНа передавальному боці ється код, який відповідає періоду вимірювання і - визначення швидкості передавання інфорцикл повторюється Реєстрація продовжується до мації, тих пір, поки весь масив значень не буде зареєст- визначення персональним комп'ютером 3 перований і записаний до оперативного заріоду вимірювань напруги завад у каналі зв'язку 1 пам'ятовувального пристрою за формулою (13), рмацм, в якому за рахунок введення нових блоків зв'язків реалізується адаптація пристрою до параметрів каналу зв'язку Це здійснюється завдяки введенню до складу передавальної частини пристрою аналого-цифрового перетворювача, паралельного інтерфейсу та програмованого таймера з визначення за допомогою аналогоцифрового перетворювача 2, паралельного порту 7 та персонального комп'ютера 3 середнього зна Зареєстрований масив значень напруги оброблюється за принципом пошуку середнього арифметичного, після чого визначається коефіцієнт 48411 перевищення рівня завади над базовим m Це значення піддається перерахунку у ВІДПОВІДНОСТІ З формулою m = log 2 m + 1 (15) Отриманий результат округлюється до найближчого непарного числа із збільшенням і передається до приймача На цьому підготовча частина завершується Байт інформації, що має передаватися, зчитується з носія 9 і записується до послідовного порту 6 Там він перетворюється на послідовний код і передається до каналу зв'язку 1 Цей байт передається іти разів, після чого зчитується і передається наступний Процес повторюється до тих пір, поки весь масив інформації не буде переданий На приймальному боці при увімкненні живлення центральний процесор 5 персонального комп'ютера 3 здійснює ініціалізацію послідовного порту 6 Спочатку з каналу зв'язку 1 надходить інформація щодо КІЛЬКОСТІ повторів передавання інформації Перший інформаційний байт, що надходить до каналу зв'язку 1 до послідовного порту іти разів, перетворюється ним на паралельний код і зчитується центральним процесором 5 до оперативного запам'ятовувального пристрою 10 10 Після записування до оперативного запам'ятовувального пристрою всього масиву інформації, вона розбивається на блоки по іти байт Байти кожного блока розбиваються на розряди і однакові розряди порівнюються Якщо розряд вміщує більшість одиниць, то він ідентифікується як одиниця, якщо нулів - т о як нуль Сформований байт записується на носій інформації 9 Таким чином відновлюються всі передані байти Оскільки перед передаванням інформації здійснюється вимірювання параметрів каналу зв'язку і на основі цього визначаються параметри передавання, то реалізується алгоритм адаптації пристрою до параметрів каналу зв'язку При цьому досягається значний позитивний ефект, який полягає підвищенні вірогідності передавання за рахунок зменшення імовірності спотворення символів, що відбувається завдяки mi-кратному передаванню інформації Пропоновані спосіб та пристрій для його реалізації доцільно реалізовувати на базі персонального комп'ютера IBM PC Паралельний та послідовний порти, а також програмований таймер і аналого-цифровий перетворювач реалізовані інтегральними схемами Канал звязку 1 Аналогоцифровий перетворювач Пуск" Г Центральний процесор , Послідовний аорт Паралельний порт 7 Програмований таймер Системний канап Носій інформації L _ ОЗП 4 ПЗП 10 11 Персональний комп'ютер Фіг. 1 48411 11 12 Початок Ініціалізація портів Визначення періоду вимірювань Ініціалізація та програмування Пуск АЦП і таймера Введення зареєстрованого Фіг. 2 48411 13 14 Визначення кількості повторів Передавання кількості повторів Зчитування байта Передавання до послщовного порту Фіг. 2 15 48411 16 Початок Ініціалізація порту І ПриЙмания кількості повторів Приймання байту Виділення блоку І Ідентифікація розрядів Фіг. З ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71