Спосіб багатоканальної передачі дискретної інформації

Спосіб багатоканальної передачі дискретної направляють у складі до схеми обробки багатоканальної системи передачі 3 інформації, налаштованого 82053 на k -ий 4 t Î [(p - 1) × t, p × t] , t' Î [(p - 1) × t, p × t] , канал, виділену у приймачі формують сигнали оцінки прийнятих інформаційних сигналів * ak (t ') = pt ò)Z(t ) × x' ( k інформаційну (t )dt , з подібний за t надлишковістю надлишковістю декодуючим пристроєм знаходять помилки, які не можуть бути ним виправлені, структурою до сигналу-носія k -го каналу, який бінарного символу, з в прийнятій інформаційній послідовності сигнал, формують у приймачі, p послідовність сигналу декодування, t Î [(p - 1) × t, p × t] , t' Î [(p - 1) × t, p × t ] , x' k (t ) прийнятого a np k (t ) декодують за алгоритмом завадостійкого p-1 × t де з формують сигнал на повтор прийнятого - номер прийнятого з помилками, що не можуть бути виправлені - тривалість бінарного декодуючим пристроєм, для блока інформаційної символу, рішення про те, який бінарний сигнал послідовності, що передавався, потім прийнято, приймають за алгоритмом ìлог."1" , a * (t ') ³ 0 ï k anp k (t ) Þ í , ïлог." 0" , a* (t ' ) < 0 î k 1.1. Спосіб, що заявляється належить до техніки електрозв'язку і може бути використаний для здійснення одночасної багатоканальної передачі дискретної інформації по одній лінії зв'язку, що ущільнюється при істотних нестабільностях у часі її параметрів, пов'язаних із зміною погодних, експлуатаційних та ін. умов з можливістю регулювання швидкостей передачі інформації по кожному з каналів непрямим шляхом. Спосіб адаптований до ослаблення групового сигналу, що передається в лінії зв'язку та враховує вплив різноманітних завад на сигнал, що передається. 1.2. Рівень техніки, який можна вважати корисним для розуміння винаходу асоціюється з технікою широкосмугових систем зв'язку, зокрема систем стільникового зв'язку побудованих за стандартом CDMA (IS-95), а також з нижченаведеними аналогами. 1.2.1. Є спосіб багатоканальної передачі цифрових сигналів метою якого є підвищення захищеності каналів, що ущільнюються від взаємних завад [Патент РФ №2013871 СІ за МПК Н04J11/00]. За цим способом канальний сигнал формують з амплітудою, що є різницею амплітуди переданого корисного інформаційного сигналу та амплітуди взаємної перешкоди в даному канапі ущільнення; канальні сигнали в подальшому ущільнюють. На відміну від цього способу, в способі, що заявляється канальний сигнал є інвертованими або неінвертованими реалізаціями псевдовипадкового сигналу з дисперсією, яка визначається необхідною швидкістю передачі інформації по даному каналу та рівнем (дисперсією) групового сигналу; алгоритми прийнятий з помилками блок інформаційної послідовності повторно передають по каналу. формування групового сигналу та обробки прийнятого сигналу у приймачі в способі, що заявляється враховують вплив різноманітних типів перешкод на груповий сигнал, що передається та послаблення групового сигналу в лінії зв'язку. 1.2.2. Існує патент на пристрій ущільнення каналів метою якого є підвищення завадостійкості передачі інформації [патент РФ №2013872 СІ за МПК Н04J11/00]. В способі передачі дискретної інформації, що заявляється на відміну від цього способа-аналога суть методу формування групового сигналу полягає в тому, щоб при незмінному рівні групового сигналу (його дисперсії) можна було так змінювати рівні канальних сигналів (їх. дисперсії), щоб досягти перерозподілу завадостійкості передачі інформації по кожному з каналів таким чином, щоб встановити потрібний перерозподіл швидкостей передачі інформації по каналам. Спосіб, що заявляється враховує при обробці прийнятого групового сигналу його послаблення під час передачі по лінії зв'язку, вплив на нього мультиплікативних перешкод, неможливість формування в приймачі сигналу абсолютно подібного до сигнала-носія (опорного сигналу) на відміну від способа-аналога в якому у приймачі повинен бути сформований сигнал Si(t) точно такий же як і у передавачі. Окрім того, спосіб, що заявляється при обробці сигналу потребує визначити лише знак інтеграла кореляції (взаємної енергії сигналів), а не точного значення цієї величини, що дає широкі можливості застосування при його використанні простих алгоритмів обчислення величини взаємної енергії сигналів та 5 82053 6 дешевих перемножуючих пристроїв та рішення про те, який бінарний символ було інтеграторів, які мають невелику точність. передано приймається у алгоритмі обробки 1.2.3. Найбільш близьким аналогом за прийнятого сигналу за знаком взаємної енергії сукупністю виконуваних операцій в алгоритмах сигналів, а не за її величиною (умови правильного формування групового сигналу та його обробки у прийому бінарних символів наведені нижче). приймачі є спосіб багатоканальної передачі Основною відмінною ознакою способу, що цифрових сигналів [патент SU 1800632 AI за заявляється є адаптивна (під необхідні швидкості Н04J13/00] метою якого є підвищення захищеності передачі інформації по каналам, що від взаємних завад між каналами, що ущільнюються) зміна дисперсії канальних сигналів ущільнюються. Поставлена мета в цьому способі таким чином, щоб дисперсія групового сигналу досягається тим, що на передавальному боці в залишалася незмінною, але непрямим шляхом кожному з N каналів ущільнення опорний сигнал змінювались швидкості передачі інформації по перемножують на відеоімпульси які мають каналам. амплітуди, що призводять до компенсації 1.3. При побудові систем багатоканального взаємних завад у всі х каналах. При цьому кожен зв'язку з ортогональними сигналами-носіями канальний сигнал являє собою добуток амплітуди (систем зв'язку з розділенням каналів за формою) відеосигналів Ai, що є функцією вектора виникають різноманітні технічні задачі, у тому інформаційних сигналів, що передаються числі наступні: - регулювання швидкості передачі інформації та матриці коефіцієнтів кореляції ||rij|| по каналам зв'язку; пар опорних канальних сигналів Sj(t) тривалістю Τ - боротьба з шумами неортогональності; на опорний канальний сигнал Si(t). У способі, що - врахування зміни параметрів лінії зв'язку під заявляється, канальні сигнали формуються з відповідних сигналів-носіїв шляхом їх час передачі групового сигналу; підвищення завадостійкості передачі перемноження з відповідними знаками (в інформації; залежності від бінарних символів, що - спрощення систем обробки прийнятого передаються) на коефіцієнти, що визначають сигналу; рівень групового сигналу (його дисперсію) та швидкості передачі інформації по каналам, що підвищення економічної ефективності системи зв'язку. ущільнюються. В способі-аналогу передачі Перераховані вище технічні задачі можуть інформації, що аналізується зазначено, що бути вирішені при використанні способу передачі "передбачається, що операції модуляції та дискретної інформації, що заявляється. демодуляції, а також послаблення і підсилення групового сигналу є взаємно зворотними й один Розглянемо алгоритм роботи способу, що заявляється, процеси, що відбуваються на різних одного поглинають». його стадіях та технічні результати, які при цьому Таке формулювання, проте, вимагає при досягаються. практичній реалізації способа-аналога комплексу 1.3.1. N інформаційних кодових заходів, що включає в себе алгоритми таких процесів здійснення модуляції і демодуляції послідовностей які необхідно передати по N каналам зв'язку, що ущільнюють піддають сигналів, а також їхнього підсилення, що не завадостійкому кодуванню з використанням вносять спотворень у груповий сигнал який якогось завадостійкого коду (наприклад, коду передається, що практично досить складно Хеммінга, БЧХ та ін.), в результаті чого отримують реалізувати. На відміну від цього, в способі, що заявляється враховано реально існуюче N кодових послідовностей з надлишковостями ai(t),i=1,2,...,N. послаблення та спотворення сигналу, що 1.3.2. У якості сигналів-носіїв xi(t) у способі передається під час його передачі лінією зв'язку. здійснення багатоканального зв'язку, що Взаємні завади при цьому в способі, що заявляється використовуються шумоподобні заявляється компенсації не потребують, тому що виділення інформаційного сигналу деякого каналу сигнали - стаціонарні псевдовипадкові взаємно квазиортогональні процеси з математичним з групового сигналу з завадами визначається очікуванням, що дорівнює нулю й деякою заданою знаком взаємної енергії прийнятого сигналу з відмінною від нуля дисперсією D{xi(t)},i=1,2,...,Ν, завадами Z(t) і сигналу x' k(t) ідентичного сигналупричому ці параметри для всіх N сигналів-носіїв носію даного каналу xk(t), а не її рівнем як у способі-аналогу. Взаємні завади, викликані однакові. 1.3.3. Канальний сигнал k-го каналу неповною ортогональністю сигналів-носіїв входять формується відповідно до виразу (1): в сигнал Z(t) у якості аддитивної складової з тим чи іншим знаком (в залежності від ступеня зв'язку пар квазиортогональних сигналів та їх кількості), що призводить разом із впливом адитивної завади де ak(t)=A відповідає передачі логічної до зміни рівня сигнала кореляції (взаємної енергії), одиниці, ak(t)=0 - передачі логічного нуля; але у той же час цей сигнал може залишатися в А - рівень логічної одиниці; позитивній чи негативній області напруг не Мк - деяке додатне відмінне від нуля число, що змінюючи знака (тобто полярність цієї напруги в визначає дисперсію канального сигналу та схемі обробки залишається такою ж, як і швидкість передачі інформації по k-му каналу. полярність напруги при повній ортогональності Дисперсія канального сигналу при цьому сигналів-носіїв та відсутності завад). Це підвищує становить: завадостійкість передачі інформації, тому що 7 Числа Mi, i=1,2,...,N повинні відповідати умові нормування (3): 82053 8 відповідає передачі першого бінарного символу тривалістю t, тобто на інтервалі часу [0, t]: де С - деяке додатне відмінне від нуля число, що визначає рівень групового сигналу (його дисперсію). Для прикладу на Фіг.1 приведені сигнал a k(t), сигнал-носій xk(t) та канальний сигнал Sk (t) при наступних умовах та параметрах: - по k-му каналу передається код "1001"; - дисперсія сигналів-носіїв D{хi(t)}=3; коефіцієнт Мк =2. 1.3.4. Груповий сигнал SГ(t), що передається формується за алгоритмом Розглянемо величину t ¢ ò K ЛЗ × K( t ) × SГ (t ) × xK (t )dt 0 . Оскільки інтенсивність зміни в часі коефіцієнта передачі сигналу по лінії зв'язку (мультиплікативних завад) досить мала, то на інтервалі часу [0, t], що відповідає передачі одного бінарного символу її можна вважати постійною та винести за знак інтеграла, узявши як аргумент будь-яке значення часу t* з інтервалу [0, t]. Враховуючи це і розкриваючи далі інтеграл маємо: Дисперсія групового сигналу SГ (t): 1.3.5. Груповий сигнал SГ(t) під час передачі по лінії зв'язку послаблюється у відповідності з коефіцієнтом передачі лінії зв'язку КЛЗ та спотворюється через відхилення в часі характеристик лінії від ідеальних і впливу аддитивной завади x(t) та м ультиплікативної завади K(t), причому в x(t) входять і перехідні перешкоди xij(t). Вони обумовлені проходженням частини потужності одного (і-го) каналу в іншій (jий) через недосконалість апаратури ущільнення та розділення каналів. Тому сигнал Z(t) на вході якогось приймача у складі багатоканальної СПДІ може бути представлений у вигляді: 1.3.6. Розглянемо процеси обробки прийнятого сигналу Z(t) у приймачі, який входить до складу багатоканальної системи передачі дискретної інформації метою яких є виділення інформації переданої по k-му каналу. 1.3.6.1. Приймач налаштовується на "свій" kий канал за допомогою додатково сформованого в ньому сигналу x’ k(t). Сигнал x’k(t) повинен бути за своєю структурою подібний до сигнала-носія хк (t) та мати з ним якомога більший ступінь кореляції (в ідеальному випадку сигнали хк (t) та x’ k(t) повинні бути повністю когерентними). Дисперсія сигналу х’к (t) в способі, що заявляється може приймати будь-яке відмінне від нуля додатне значення, що дозволяє у схемі обробки обійтися без додаткових підсилювачів або атенюаторів в блоках формування сигналу x’ k(t), не пред'являти критичних вимог до рівня сформованого сигналу x’ k(t), не стежити за стабільністю у часі дисперсії цього сигналу, використовувати багато елементів або пристроїв параметри яких по рівню сигналів які в них оброблюються можуть мати великий розброс. Це дозволяє використовува ти широку елементну базу у схемі обробки. Все це свідчить про економічні переваги даного способу та спрощення схеми обробки прийнятого сигналу. 1.3.6.2. Визначимо взаємну енергію ЕZ x’k сигналів Ζ(t) та x’ k(t) на інтервалі часу, що Розглянемо у виразі (8) доданок t K ЛЗ × K( t* ) × ò Sk ( t) × x'k ( t )dt. 0 . Підставивши замість Sk(t) вираз (1), у залежності від передачі того чи іншого бінарного символу одержимо: Якщо сигнали xk(t) та x’ k(t) когерентні, то вони є лінійно зв'язаними, тобто справедливе співвідношення: Таким чином вираз (9) можна переписати в такий спосіб: З огляду на те, що сигнали xk (t) та х’к (t) не повністю когерентні в (11) одержимо вираз: - коефіцієнт взаємної кореляції сигналів xk(t) та r ' x’ k(t). Величина ±Мк ×Клз×K(t*)×l×D{xk(t)} × xi x k приймає додатне значення якщо передається логічна одиниця і від'ємне, якщо логічний нуль, тому вона може бути ототожнена з інформаційним сигналом ak(t), що передається по k-му каналу: Розглянемо складові суми (8) типу Аналогічно з виразом (12) може бути показано, що 9 82053 10 При використанні псевдоортогональних такого перерозподілу Mi, i=1,2,...,N, щоб сигналів-носіїв xi(t), i=1,2,...,N коефіцієнти кореляції виконувалися умови правильного прийому. При цьому якщо підвищується завадостійкість передачі rxi x 'k i¹k близькі до нуля, а при повній по k-му каналу, то дещо знижується завадостійкість передачі по інших каналах у rxi x 'k ортогональності сигналів xi(t) та x’k(t) =0. При зв'язку із зменшенням коефіцієнтів Mi, i=1,2,.., к-1, перерахованих вище викладках співвідношення (8) к+1,..., N при сталому значенні дисперсії групового можна представити у вигляді: сигналу (виконання умови (3)). 1.3.6.5. Для виділення будь-якого бінарного символу переданого по k-му каналу необхідно провести операції аналогічні (16) та (17). Оцінка інформаційного сигналу, що передавався: Виразимо ak*(t’): З огляду на (7): У виразі (15) другий доданок являє собою складову шумів неортогональності та мультиплікатив-них завад після обробки сигналу Z(t), а третій доданок - складову аддитивної завади сигналу Z(t) після його обробки. Оскільки природні завади в лінії зв'язку x(t) слабокорельовані з сигналом х’k(t), то величина t ' ò x( t ) × xk ( t )dt 0 близька до нуля. При існуючих методах формування квазиортогональних сигналів-носіїв можна досягти малих значень r ' коефіцієнта кореляції xi x k i¹k, тоді другий доданок у виразі (15) стає близьким до нуля. Нехтуючи у виразі (15) другим та третім доданками, маємо оцінку а*к (t’) інформаційного сигналу, що передавався: За виразом (16) відбувається алгоритм обробки прийнятого сигналу Z(t) у приймачі метою якого є визначення знаку взаємної енергії сигналів Z(t) та x’k(t) на інтервалі часу, що відповідає передачі по k-му каналу першого бінарного символу. 1.3.6.3. Рішення про те, який бінарний символ передавався приймається по наступному алгоритму: 1.3.6.4. Правильний прийом першого переданого бінарного символу буде відбуватися за наступних умов: - правильний прийом логічної одиниці: - правильний прийом логічного нуля: Підвищення завадостійкості передачі інформації по k-му каналу досягається за рахунок Рішення про те, який бінарний символ передавався приймається за алгоритмом: У(18)та(19) р - номер переданого по k-му каналу бінарного символу. 1.3.6.6. Умови правильного прийому: правильний прийом логічної одиниці: - правильний прийом логічного нуля: Таким чином, при способі передачі цифрової інформації, що заявляється, переданий по якійнебудь лінії зв'язку інформаційний сигнал цілком визначається знаком взаємної енергії двох сигналів, тобто відбувається розділення каналів з виділенням інформаційного сигналу з групового переданого сигналу з завадами Z(t) за критерієм взаємної енергії шумоподібних сигналів. Відмінною рисою способу, що заявляється є те, що в приймачі формується сигнал xk(t) подібний за структурою до сигналу xk(t), але маючий будь-яке значення дисперсії (рівня сигналу), а також те, що коефіцієнт взаємної кореляції сигналів x’k(t) та xk(t) може мати відмінне від одиниці (менше) значення, тобто сигнал x’k(t) який формується у приймачі може бути не повністю ідентичним сигналу-носію xk(t) який формується на передавальному боці системи передачі дискретної інформації побудованої за способом, що заявляється. Це значно знижує вимоги до жорсткості синхронізації в таких системах, а також технічні вимоги до пристроїв, що формують сигнали xk(t) і х’ k(t). Економічна ефективність способу, що заявляється, окрім перерахованих вище економічно вигідних вимог до застосовуваних схемних елементів і алгоритмів формування сигналів xk(t) і x’ k(t), полягає в тому, що система передачі інформації побудована за способом, що заявляється може працювати при співвідношенні груповий сигнал/шум h»1 з невеликим рівнем ймовірності помилки передачі одного бінарного символу. Дані про ймовірність помилки передачі одного бінарного символу р 0 по якомусь з каналів, що ущільнюються при однакових коефіцієнтах Μi для них наведені в табл.1. Дані таблиці отримані експериментально з побудованої комп'ютерної моделі, що імітує роботу багатоканальної системи 11 82053 12 передачі дискретної інформації побудованої за повторна передача цього кодового блоку по способом, що заявляється. У якості каналу передачі інформації (варіант 3 п. 1.3.6.7) співвідношення h було взято співвідношення залежить від ймовірності помилки передачі одного групового сигналу до завади за потужністю, тобто бінарного символу по каналу. Чим менша ймовірність помилки передачі одного бінарного D{SГ (t )} / D{x( t)} . Робота при таких h дає символу, тим менша ймовірність повторної можливість економного використання ресурсів передачі блоку інформаційної послідовності і електроживлення, у тому числі автономних навпаки, чим більша ймовірність помилки передачі джерел пов'язане з тим, що можна сформувати одного бінарного символу, тим більша ймовірність груповий сигнал з малою потужністю. Економічно повторної передачі блоку інформаційної вигідні вимоги до застосовуваних схемних послідовності. Швидкість передачі інформації по елементів, зокрема, полягають у тому, що у схемі каналу залежить від середньої кількості повторної обробки прийнятого сигналу приймача необхідно передачі інформаційних блоків за одиницю часу. * знати тільки знак а k (t’), тому можливе Чим більше середнє число повторної передачі застосування простих інтеграторів або інших блоків, тим нижче швидкість передачі інформації пристроїв, що визначають взаємну енергію двох по каналу. Враховуючи зв'язок між ймовірністю сигналів від яких не вимагається точного помилки передачі одного бінарного символу та визначення цієї величини. ймовірністю повторної передачі блоку інформаційної послідовності маємо твердження, Таблиця 1 що швидкість передачі інформації по якомусь каналу багатоканальної системи передачі h 0,01 0,05 0,1 0,25 0,5 0,75 1,0 1,5 3 5 дискретної 1,25 інформації побудованої за способом 1,73×10- 5,3×10-1,67×10-6,67×10 передачі дискретної інформації, багатоканальної