способ передачи и приема информации

Формула изобретения

1. Способ передачи и приема информации от источников информации к ее потребителям посредством цифровой связи, в котором информацию каждого k-го, где из K_n источников информации из n-й группы источников информации, где подают, в том числе, при необходимости, через свой блок форматирования, не обязательно одинаковый с другими блоками форматирования, в котором информацию форматируют в цифровой поток, к одному из K_n входов n-го блока уплотнения, синхронизированных бинарных цифровых потоков, в нем их уплотняют и подают с его выхода на вход системы преобразования, в которой в том числе преобразуют поток уплотненных синхронизированных бинарных цифровых потоков в поток сигналов, который передают по крайней мере к одному приемнику через канал передачи, совместимый с передаваемым сигналом, и преобразуют в обратном порядке поток сигналов в поток уплотненных синхронизированных бинарных цифровых потоков, который подают с выхода системы преобразования на вход по крайней мере одного n-го блока разуплотнения, в котором разуплотняют поток уплотненных синхронизированных бинарных цифровых потоков и через K_n выходов разуплотненные синхронизированные бинарные цифровые потоки подают, в том числе, при необходимости, через свои блоки форматирования, не обязательно одинаковые с другими блоками форматирования, в которых цифровые потоки форматируют в информацию, к соответствующим потребителям информации, при этом производят синхронизацию функционирования всех указанных блоков и упомянутой системы преобразования, а при необходимости перед передатчиком суммируют синхронизированные потоки сигналов в блоке множественного доступа, имеющем N входов для доступа, в том числе других групп источников информации, а после приемника разделяют синхронизированные потоки сигналов в блоке множественного доступа, имеющем N выходов, в том числе для других групп потребителей информации, отличающийся тем, что n-й блок уплотнения выполнен на процессоре, в котором упорядоченно, например последовательно от 1 до K_n, одновременно за такт считывают двоичные цифры x_k=0,1 синхронизированных бинарных цифровых потоков, умножают х_k на положительные числа а_k, которые образуют не обязательно, но, например, из быстровозрастающих чисел , посредством применения схемы Меркла-Хэллмана и суммируют величины a_kx_k с получением n-го потока цифровых символов а в процессоре n-го блока разуплотнения одновременно за такт преобразуют n-й поток цифровых символов S _n не обязательно, но в соответствии со схемой Меркла-Хэллмана в поток цифровых символов и преобразуют согласно соотношению если х_i=1, если где i=K_n-1, K_n -2, ..., 1, и х_i=0 в других случаях, в K_n синхронизированных бинарных цифровых потоков, которые подают упорядочение, как при упомянутом считывании, к выходам n-го блока разуплотнения, при этом процессор блока уплотнения имеет по крайней мере K_n входов, являющихся упомянутыми входами блока уплотнения, и по крайней мере один выход, являющийся упомянутым выходом к упомянутой системе преобразования, и процессор блока разуплотнения имеет по крайней мере один вход, являющийся упомянутым входом блока разуплотнения к упомянутой системе преобразования, и по крайней мере K _n выходов, являющихся упомянутыми выходами блока разуплотнения, а в упомянутой системе преобразования, в том числе, преобразуют поток цифровых символов в поток сигналов и поток сигналов преобразуют обратно в поток цифровых символов .

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что по крайней мере информацию об опорных уровнях цифровых сигналов, необходимую для организации работы, передают по крайней мере по одному дополнительному каналу передачи.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к технике связи, а точнее - к способам передачи и приема информации (ППИ) посредством цифровой связи. Рост числа операторов и абонентов, в том числе, сотовой связи, обостряет проблему рационального использования частотного ресурса, что, в свою очередь, требует дальнейшего развития и совершенствования способов ППИ. Изобретение позволяет увеличить емкость любой существующей системы передачи и приема информации (СППИ) при заданном количестве отведенных для работы полос частот или обеспечить заданную емкость СППИ меньшим количеством полос частот, т.е. сэкономить частотный ресурс и увеличить технико-экономическую эффективность систем связи с учетом всех компонентов, влияющих на их полную стоимость и технические показатели.

Известен способ передачи и приема информации [Радиотехника: Энциклопедия. / Под ред. Ю.Л.Мазора и др. - М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2002, с.63-64], признаки которого реализованы, по существу, во всех соответствующих способах и являющийся аналогом предлагаемому техническому решению. В этом способе информацию источника последовательно преобразуют в сообщение в физико-электрическом преобразователе информации, кодируют его в кодере, в радиопередающем устройстве модулируют несущую частоту закодированным сообщением и посылают сигнал по каналу связи, принимают сигнал в радиоприемном устройстве, демодулируют его, декодируют и производят обратное электрофизическое преобразование сообщения информации в удобный для потребителя вид.

Наиболее близким аналогом (прототипом) настоящего изобретения является способ передачи и приема информации от источников информации к ее потребителям посредством цифровой связи, в котором информацию каждого k-го, где , из K_n источников информации из n-той группы источников информации, где , подают, в том числе, при необходимости, через свой блок форматирования не обязательно одинаковый с другими блоками форматирования, в котором информацию форматируют в цифровой поток, к одному из K_n входов n-того блока уплотнения синхронизированных бинарных цифровых потоков, в нем их уплотняют и подают с его выхода на вход системы преобразования, в которой, в том числе, преобразуют поток уплотненных синхронизированных бинарных цифровых потоков в поток сигналов, который передают по крайней мере к одному приемнику через канал передачи, совместимый с передаваемым сигналом, и преобразуют в обратном порядке поток сигналов в поток уплотненных синхронизированных бинарных цифровых потоков, который подают с выхода системы преобразования на вход по крайней мере одного n-того блока разуплотнения, в котором разуплотняют поток уплотненных синхронизированных бинарных цифровых потоков и через K_n выходов разуплотненные синхронизированные бинарные цифровые потоки подают, в том числе, при необходимости, через свои блоки форматирования не обязательно одинаковые с другими блоками форматирования, в которых цифровые потоки форматируют в информацию, к соответствующим потребителям информации, при этом производят синхронизацию функционирования всех указанных блоков и упомянутой системы преобразования, а при необходимости перед передатчиком суммируют синхронизированные потоки сигналов в блоке множественного доступа, имеющем N входов для доступа, в том числе, других групп источников информации, а после приемника разделяют синхронизированные потоки сигналов в блоке множественного доступа, имеющем N выходов, в том числе, для других групп потребителей информации [Скляр Бернард. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Изд. 2-е испр.: пер. с англ. - М.: Издательский дом «Вильямс», 2004. - 1104 с. (прототип с.32-36)]. Недостатком известных способов ППИ и прототипа по сравнению с заявляемым способом является исчерпание ими возможности дальнейшего повышения их технико-экономической эффективности.

Сущность изобретения направлена на повышение технико-экономической эффективности способа ППИ благодаря тому, что в процессоре блока уплотнения упорядоченно одновременно за такт считывают двоичные цифры x _k=0,1 синхронизированных бинарных цифровых потоков, умножают х_k на положительные числа а _k, которые образуют не обязательно, но, например, из быстровозрастающих чисел посредством применения схемы Меркла-Хэллмана [Mercal R.C. and Hellman M.E. Hiding Information and Signatures in Trap-Door Knapsacrs. IEEE, Trans. Inf. Theory, vol. IT24, September, 1978, pp.525-530] и суммируют величины а_kx _k с получением n-того потока цифровых символов , а в процессоре n-того блока разуплотнения одновременно за такт преобразуют n-й поток цифровых символов S _n не обязательно, но в соответствии со схемой Меркла-Хэллмана в поток цифровых символов и преобразуют согласно соотношению , если , х_i=1, если где i=K_n-1, K_n -2,..., 1, и x_i=0 в других случаях, в K _n синхронизированных бинарных цифровых потоков, которые подают упорядоченно, как при упомянутом считывании, к выходам блока разуплотнения. Для достижения указанного технического результата в способе передачи и приема информации от источников информации к ее потребителям посредством цифровой связи, в котором информацию каждого k-того, где , из K_n источников информации из n-той группы источников информации, где , подают, в том числе, при необходимости, через свой блок форматирования не обязательно одинаковый с другими блоками форматирования, в котором информацию форматируют в цифровой поток, к одному из K_n входов n-того блока уплотнения синхронизированных бинарных цифровых потоков, в нем их уплотняют и подают с его выхода на вход системы преобразования, в которой, в том числе, преобразуют поток уплотненных синхронизированных бинарных цифровых потоков в поток сигналов, который передают по крайней мере к одному приемнику через канал передачи, совместимый с передаваемым сигналом, и преобразуют в обратном порядке поток сигналов в поток уплотненных синхронизированных бинарных цифровых потоков, который подают с выхода системы преобразования на вход по крайней мере одного n-того блока разуплотнения, в котором разуплотняют поток уплотненных синхронизированных бинарных цифровых потоков и через K_n выходов разуплотненные синхронизированные бинарные цифровые потоки подают, в том числе, при необходимости, через свои блоки форматирования не обязательно одинаковые с другими блоками форматирования, в которых цифровые потоки форматируют в информацию, к соответствующим потребителям информации, при этом производят синхронизацию функционирования всех указанных блоков и упомянутой системы преобразования, а при необходимости перед передатчиком суммируют синхронизированные потоки сигналов в блоке множественного доступа, имеющем N входов для доступа, в том числе, других групп источников информации, а после приемника разделяют синхронизированные потоки сигналов в блоке множественного доступа, имеющем N выходов, в том числе, для других групп потребителей информации, в соответствии с настоящим изобретением в процессоре n-того блока уплотнения упорядочение, например, последовательно от 1 до K_n, одновременно за такт считывают двоичные цифры x_k=0,1 синхронизированных бинарных цифровых потоков, умножают х_k на положительные числа а_k, которые образуют не обязательно, но, например, из быстровозрастающих чисел посредством применения схемы Меркла-Хэллмана и суммируют величины а_kx_k с получением n-того потока цифровых символов , а в процессоре n-того блока разуплотнения одновременно за такт преобразуют n-й поток цифровых символов S _n не обязательно, но в соответствии со схемой Меркла-Хэллмана в поток цифровых символов и преобразуют согласно соотношению , если , х_i=1, если где i=K_n-1, K_n -2,..., 1, и x_i=0 в других случаях, в K _n синхронизированных бинарных цифровых потоков, которые подают упорядоченно, как при упомянутом считывании, к выходам n-того блока разуплотнения, при этом процессор блока уплотнения имеет по крайней мере K_n входов, являющихся упомянутыми входами блока уплотнения, и по крайней мере один выход, являющийся упомянутым выходом к упомянутой системе преобразования, и процессор блока разуплотнения имеет по крайней мере один вход, являющийся упомянутым входом блока разуплотнения к упомянутой системе преобразования, и по крайней мере K_n выходов, являющихся упомянутыми выходами блока разуплотнения, а в упомянутой системе преобразования, в том числе, преобразуют поток цифровых символов S_n в поток сигналов и поток сигналов преобразуют обратно в поток цифровых символов S_n. Кроме того, в способе по крайней мере информацию об опорных уровнях цифровых сигналов передают по крайней мере по одному дополнительному каналу передачи.

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 способ ППИ по настоящему изобретению новым и имеющим изобретательский уровень. Способ ППИ по настоящему изобретению может быть воплощен в устройстве, блок-схема которого представлена на чертеже. На чертеже номера цифровых потоков источников информации, поступающих в блок уплотнения и выходящих из блока разуплотнения, заключены в скобки. Аналогично в скобки заключены номера цифровых потоков групп источников информации, поступающих в блок множественного доступа на передающей стороне системы и выходящих из блока множественного доступа на приемной стороне системы.

В заявляемом способе ППИ по сравнению с общеизвестными из уровня техники в процессоре блока уплотнения упорядоченно одновременно за такт считывают двоичные цифры синхронизированных бинарных цифровых потоков и преобразуют их в поток цифровых символов, а в процессоре блока разуплотнения одновременно за такт преобразуют поток цифровых символов в K_n синхронизированных бинарных цифровых потоков, которые подают упорядоченно, как при упомянутом считывании, к выходам блока разуплотнения. Эти действия позволяют с помощью соответствующих программных средств обеспечить повышение технико-экономической эффективности известных систем.

Как и в прототипе, реализующая способ система передачи и приема информации от источников информации 1 к ее потребителям 2 посредством цифровой связи каждый k-й, где , из K_n источников информации 1 из n-й группы источников информации, где , подключен, в том числе, при необходимости ее форматирования в цифровой поток через свой блок форматирования 3, не обязательно одинаковый с другими блоками форматирования, к одному из K _n входов 4 n-того блока уплотнения 5 синхронизированных бинарных цифровых потоков, который выходом 6 подключен ко входу 7 системы преобразования 8, обеспечивающей, в том числе, преобразование потока уплотненных синхронизированных бинарных цифровых потоков в поток сигналов, его передачу от передатчика 9 по крайней мере к одному приемнику 10 через канал передачи 11, совместимый с передаваемым сигналом, и обратное преобразование потока сигналов в поток уплотненных синхронизированных бинарных цифровых потоков, подаваемый с выхода 12 этой системы на вход 13 по крайней мере одного n-того блока разуплотнения 14 потока уплотненных синхронизированных бинарных цифровых потоков, каждый из K_n выходов 15 которого подключен, в том числе, при необходимости форматирования цифрового потока в поток информации через свой блок форматирования 16, не обязательно одинаковый с другими блоками форматирования, к соответствующему потребителю информации 2, при этом все указанные блоки и упомянутая система функционально связаны с системой синхронизации 17. При необходимости в систему передачи и приема информации перед передатчиком введен блок множественного доступа 18, имеющий N входов 19 для доступа синхронизированных потоков сигналов, в том числе, других групп источников информации, а после приемника 10 введен блок множественного доступа 20, имеющий N выходов 21 синхронизированных потоков сигналов, в том числе, для других групп потребителей информации. В СППИ n-й блок уплотнения 5 выполнен с возможностью производства в его процессоре 22 упорядоченного, например, последовательного от 1 до K_n, одновременного за такт считывания двоичных цифр x _k=0,1 синхронизированных бинарных цифровых потоков, умножения x_k на положительные числа а _k, которые образуют не обязательно, но, например, из быстровозрастающих чисел посредством применения схемы Меркла-Хэллмана и суммирования величин а_kx_k с получением потока цифровых символов . Соответственно n-й блок разуплотнения 14 выполнен с возможностью одновременного за такт преобразования в его процессоре 23 n-того потока цифровых символов S_n не обязательно, но в соответствии со схемой Меркла-Хэллмана, в поток цифровых символов и преобразуют согласно соотношению , если , х_i=1, если где i=K_n-1, K_n -2,..., 1, и x_i=0 в других случаях, в K _n синхронизированных бинарных цифровых потоков, подаваемых упорядоченно, как при упомянутом считывании, к выходам 15 n-того блока разуплотнения 14. При этом процессор 22 блока уплотнения 5 имеет по крайней мере K_n входов 24, являющихся упомянутыми входами 4 подключения блока уплотнения 5, и по крайней мере один выход 25, являющийся упомянутым выходом 6 подключения к упомянутой системе преобразования 8. Процессор 23 блока разуплотнения 14 имеет по крайней мере один вход 26, являющийся упомянутым входом 13 подключения блока разуплотнения 14 к упомянутой системе преобразования 8, и по крайней мере K_n выходов 27, являющихся упомянутыми выходами 15 подключения блока разуплотнения 14. Система преобразования 8 выполнена, в том числе, с возможностью преобразования потока цифровых символов S _n в поток сигналов и обратного преобразования потока сигналов в поток цифровых символов S_n.

Сущность способа заключается в следующем. Информацию каждого k-того, где , из K_n источников информации 1 из n-той группы источников информации, где , подают, в том числе, при необходимости, через свой блок форматирования 3, не обязательно одинаковый с другими блоками форматирования, в котором информацию форматируют в цифровой поток, к одному из K_n входов 4 n-того блока уплотнения 5, соединенного с одним из входов процессора 22. В процессоре 22 n-того блока уплотнения 5 упорядочение, например, последовательно от 1 до K_n, одновременно за такт считывают двоичные цифры x_k синхронизированных бинарных цифровых потоков, поступающих в процессор через K _n входов 24, умножают х_k на положительные числа a_k, которые образуют не обязательно, но, например, из быстровозрастающих чисел посредством применения схемы Меркла-Хэллмана и суммируют величины а_kx_k с получением n-того потока цифровых символов . Этот поток подают с выхода 25 процессора, являющегося упомянутым выходом 6 блока уплотнения 5, к входу 7 системы преобразования 8. В системе преобразования 8, в том числе, преобразуют поток уплотненных синхронизированных бинарных цифровых потоков в поток сигналов. Этот поток сигналов передают через передатчик 9 по крайней мере к одному приемнику 10 через канал передачи 11, совместимый с передаваемым сигналом (низкочастотным, высокочастотным или оптическим), и преобразуют в обратном порядке поток сигналов в поток уплотненных синхронизированных бинарных цифровых потоков. Далее этот поток подают с выхода 12 системы преобразования 8 на вход 13 по крайней мере одного n-того блока разуплотнения 14, соединенного со входом 26 процессора 23. В процессоре 23 n-того блока разуплотнения 14 одновременно за такт преобразуют n-й поток цифровых символов S_n не обязательно, но в соответствии со схемой Меркла-Хэллмана, в поток цифровых символов и преобразуют согласно соотношению , если , х_i=1, если где i=K_n-1, K_n -2,..., 1, и x_i=0 в других случаях, в K _n синхронизированных бинарных цифровых потоков. Эти потоки подают с выходов 27 процессора, являющихся упомянутыми выходами 15 блока разуплотнения 14, в том числе, при необходимости, к своим блокам форматирования 16, не обязательно одинаковым с другими блоками форматирования. В блоках 16 цифровые потоки форматируют в информацию, которую направляют к соответствующим потребителям информации 2. При этом синхронизируют функционирование всех указанных блоков и упомянутой системы преобразования 8. При необходимости в системе преобразования 8 перед передатчиком 9 суммируют синхронизированные потоки сигналов в блоке множественного доступа 18, имеющем N входов 19 для доступа, в том числе, других групп источников информации, а после приемника 10 разделяют синхронизированные потоки сигналов в блоке множественного доступа 20, имеющем N выходов 21, в том числе, для других групп потребителей информации.

Для повышения надежности работы системы целесообразно осуществлять передачу информации об опорных, например, единичных, уровнях цифровых сигналов. Ее можно передавать, например, через несколько тактов по основному каналу. Однако в ряде случаев может оказаться целесообразным передавать эту и другую информацию, необходимую для организации работы системы по дополнительному каналу. Поэтому по крайней мере информацию об опорных уровнях цифровых сигналов передают по крайней мере по одному дополнительному каналу передачи.

В процессоре блока уплотнения на каждом такте (т.е. одновременно) упорядочение считывают информацию, поступающую от K _n источников. Отметим, что каждый информационный канал может нести информацию произвольного вида, например, закодированную любым кодом или смесью кодов. Считанную информацию преобразуют в поток цифровых символов. В процессоре блока разуплотнения одновременно за такт поток цифровых символов восстанавливают (разуплотняют) в K_n синхронизированных бинарных цифровых потоков и подают их упорядоченно, как и при считывании в процессоре блока уплотнения, к K_n потребителям в удобном для них виде.

При реализации способа все блоки СППИ могут быть выполнены такими же, как и в других системах того же назначения. Вопросы тактирования и синхронизации передающей и приемной сторон решаются любыми общеизвестными из уровня техники средствами, например, так же, как это делается в прототипе. В некоторых случаях достаточно использования одного блока разуплотнения, с каждого выхода которого поступает информация к соответствующему потребителю информации. В ряде случаев могут быть использованы два или несколько, вплоть до K_n, блоков разуплотнения. Например, в сотовой связи каждая подвижная станция включает блок разуплотнения. Из поступающего в этот блок потока цифровых символов выделяют бинарный цифровой поток, адресованный в данный момент только данному потребителю. Таким образом, в сотовой связи поток сигналов доставляют всем потребителям, а процедура разуплотнения выполняется каждым конечным адресатом. Для уплотнения и разуплотнения (восстановления исходной информации) применяются эффективные вычислительные алгоритмы, в том числе, известные, что облегчает их аппаратно-программную реализацию.

Ниже представлена таблица, иллюстрирующая передачу и прием трех потоков текстовой информации в заявляемом способе:

В таблице в столбцах 1, 4, 7 приведены потоки текстовой информации трех источников: (Герц - -) (Попов -) (Сименс ).

В столбцах 2, 5, 8 приведены соответствующие текстовой информации бинарные цифровые потоки х₁,х ₂,х₃, соответственно. Уплотнение и разуплотнение произведены по правилу, приведенному в упомянутом примере в отличительной части заявляемого изобретения. Выбраны следующие значения быстровозрастающих чисел: , , а₃=4. Сумма этих чисел равна 7. Далее выбрано простое число М=11, превосходящее эту сумму, и случайное число W(1<W<М), равное 4. Сформировано W ^-1, удовлетворяющее соотношению WW^-1 mod M=1, оно равно 3. Значения а_i получены по формуле и равны а₁=4, a₂ =8, a₃=5. В столбцах 3, 6, 9 приведены произведения а₁x₁ , а₂x₂, а ₃x₃, соответственно. В столбце 10 приведен передаваемый поток цифровых символов , полученных в процессоре 22 блока уплотнения 5 путем упорядоченного, последовательно от первого до третьего потока, одновременного за такт считывания двоичных цифр бинарных цифровых потоков и их преобразования в указанный поток цифровых символов. В столбце 11 приведен преобразованный в соответствии с формулой S'=W ^-1S mod М поток цифровых символов S'. В столбцах 12, 14, 16 приведены результаты одновременного за такт преобразования в процессоре 23 блока разуплотнения 14 потока цифровых символов S' в три бинарных цифровых потока, подаваемых упорядоченно, как при упомянутом считывании, на выходы блока разуплотнения и далее распределяемых к соответствующим потребителям информации. В столбцах 13, 15, 17 приведены полученные адресатами потоки текстовой информации. В таблице обозначено: - точка, - - пробел.

Этот простейший из возможных примеров использования заявляемого способа ППИ наглядно показывает возможность одновременной передачи и приема трех потоков текстовой информации по одному каналу, что повышает эффективность использования частотного ресурса. Кроме того, изобретение позволяет повысить структурную и информационную скрытность передаваемого цифрового сигнала в дополнение к используемым законам кодирования. Отметим также, что приведенный пример получения потока цифровых символов S_n и его обратного преобразования в бинарные цифровые потоки эквивалентен решению классической задачи, основанной на образовании вектора рюкзака, который не является быстровозрастающим (схема Меркла-Хэллмана). При этом задача о рюкзаке обязательно включает «лазейку», позволяющую авторизованным пользователям решить задачу.

Настоящее изобретение полезно тем, что оно может быть практически применено для развития и совершенствования любой системы цифровой связи с любой организацией ее работы, например, уже использующей известные методы множественного доступа (с частотным, временным, кодовым, пространственным и поляризационным разделением) и известные методы обработки сигналов, в том числе, например, для всех известных стандартов сотовой связи.

Промышленная применимость. Настоящее изобретение может быть применено в СППИ, использующих низкочастотные, высокочастотные и оптические сигналы в любых системах связи. Способ ППИ по данному изобретению позволяет эффективно использовать частотный ресурс и может работать одновременно с большим числом разнородной информации.

Проведенный анализ позволил установить: аналоги с совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявляемого способа условию «новизны».

Результаты поиска известных решений в области способов ППИ с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного способа, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».