Способ кодирования и декодирования информации

 

Использование: в вычислительной технике. Сущность изобретения: способ кодирования и декодирования информации позволяет повысить достоверность декодирования информации в условиях действия помех с уровнем отношения сигнал-шум δ^-1 и обеспечивает устойчивое декодирование информации вне зависимости от фазы входного сигнала. Для этого при кодировании каждый бит информации - ноль, единица и синхросигнал - формируют в виде одного периода заданной длительности T₀, T₁ и T_с соответственно синусоидального напряжения амплитудой U_а. Формирование периода T₀, T₁ и T_с осуществляют в соответствии с выбранными соотношениями. Декодирование информации производят путем формирования временного интервала T_x между моментом его снижения до отрицательного уровня шумов dU_a и в зависимости от зафиксированного значения T_x определяют передаваемую кодовую информацию. Такой способ кодирования и декодирования повышает достоверность информации. 1 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности, к технике кодирования и декодирования информации.

Известен способ кодирования и декодирования информации [1] заключающийся в том, что при кодировании каждый бит информации ноль, единица и синхросигнал, формируют в виде нескольких синусоидальных сигналов определенного периода, а при декодировании формирование кодовой посылки производят путем определения резонансной частоты.

Недостаток этого способа кодирования и декодирования информации состоит в малом быстродействии (на передачу одного бита информации требуется несколько периодов синусоидального сигнала).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ кодирования и декодирования информации [2] заключающийся в том, что при кодировании каждый бит информации ноль, единица и синхросигнал формируют в виде одного заданной длительности периода синусоидального напряжения амплитудой U_a, а при декодировании вне зависимости от фазы входного сигнала в условиях действия помех с уровнем отношения сигнал шум δ^-1 определяет период синусоидального напряжения.

Недостаток этого способа кодирования и декодирования информации состоит в том, что в условиях действия помех или при изменении фазы входного сигнала этот способ не обеспечивает достоверного декодирования.

Цель изобретения повышение достоверности декодирования информации в условиях действия помех с уровнем отношения сигнал шум δ^-1 и обеспечение устойчивого декодирования информации вне зависимости от фазы входного сигнала.

Для этого способ кодирования и декодирования информации, заключающийся в том, что при кодировании каждый быт информации ноль, единица и синхросигнал формируют в виде одного заданной длительности периода синусоидального напряжения амплитудой U_a, а при декодировании вне зависимости от фазы входного сигнала в условиях действия помех с уровнем отношения сигнал шум δ^-1 определяют период синусоидального напряжения, осуществляют формирование периода Т_о, Т₁ и Т_ссинусоидального напряжения при кодировании соответственно ноля, единицы и синхросигнала из условия T1- > T1+ , T1- > T_o+ 2 T_o+T, а декодирование информации производят путем формирования временного интервала Т_х между моментом прохождения нарастающего входного сигнала через ноль и моментом его снижения до отрицательного уровня шумов δ U_a, при этом формирование кодовой информации "ноль" производят при условии 1- ≅ T_x≅ 1+ + T_c, кодовой информации "единица" при условии 1- ≅ T_x≅ 1+ + T_c и кодовой информации "синхросигнал" при условии 1- ≅ T_x≅ 1+ .

На чертеже представлены выходной сигнал кодирующего устройства L и возможные границы L' и L" изменения входного сигнала декодирующего устройства в условиях действия помех, где Т₀, Т₁, Т_с соответственно период сигнала кодовой информации "0", "1" и "С" (синхросигнал), U_a амплитуда кодированного сигнала L, δ U_a уровень сигнала помехи, Т_хo', T_xo и T_xo", T'_X1, T_X1 и T"_X1, T'_xc, T_xc и T_xc" соответственно минимальное, среднее и максимальное значение длительности дешифрируемой части кодовой информации "0", "1" и "С", Δ_o, Δ₁ и Δ_с максимально возможное смещение входного сигнала кодовой информации "0", "1" и "С" соответственно относительно среднего (идеального) входного сигнала.

Будем считать, что сигналы помехи имеет произвольную форму (например, белый шум) с амплитудой не превышающей значения δU_a, где δ отношение амплитуды сигнала помехи к амплитуде полезного сигнала U_a.

Кодирование информации осуществляется следующим образом.

При передаче бита информации "0" кодирующее устройство формирует синусоидальное напряжение L амплитудой U_a и периодом Т_о, при передаче бита информации "1" формируется синусоидальное напряжение L той же амплитудой и периодом Т₁ и при передаче бита "С" формируется такое же напряжение периодом Т_с. Любому биту информации соответствует один период синусоидального напряжения.

Декодирование информации осуществляется следующим образом.

Декодирующее устройство определяет длительность Т_х между нулевым значением нарастающего входного сигнала (положительная скорость изменения) и значением входного сигнала, равным минус δ U_a. В зависимости от полученного значения Т_х (см. чертеж) коду присваивается значение "0", "1" или "С" "0" __→ T_o- ΔT < T_x< T_o+ΔT "1" __→ T₁- ΔT < T_x< T₁+ΔT (1) "C" __→ T_c- ΔT < T_x< T_c+ΔT при этом должны выполняться условия (T₁-T_o) > ΔT + ΔT
(T_c-T₁) > ΔT + ΔT (2) где Δ T_i' и Δ T_i" (i=0,1,C) некоторые значения. Учитывая, что входной сигнал содержит помеху, уровень которой не превышает δ U_a, определим возможные границы L' и L" изменения входного сигнала. На показан идеальный сигнал L, соответствующий биту "0", "1" и "С". Границу L' можно определить из условия L'=L- δ U_a, а границу L" из условия L"=L+ + δ U_a. При этом будем иметь в виду, что входной сигнал может иметь любую форму, но расположен всегда между линиями L' и L".Нетрудно показать, что минимально возможная формируемая длительность T_x', средняя формируемая длительность T_xi и максимально возможная формируемая длительность T_xi" связаны соотношением
Δ_o= (3)
Δ₁= (4)
Δ_c= (5)
Будем считать, что сигнал L имеет фазу "0", если каждый бит информации начинается с нуля, имея положительную скорость нарастания (см. чертеж) и фазу "180^о", если бит информации начинается с нуля, имея отрицательную скорость изменения (противоположная фаза входного сигнала). Будем предполагать, что кодирующее устройство всегда формирует фаза "0" сигнала L, а канал передачи информации (например, радиоканал) может изменять фазу кодируемого сигнала L, причем заранее фаза этого сигнала не определена.

Найдем возможные пределы изменения декодируемой длительности T_xⁱ с учетом сигналов помехи и неопределенности фазы входного сигнала. Минимальное значение T_x^o формируется при фазе "0" входного сигнала и если этот сигнал соответствует линии L' (T_xⁱ значение Т_х, соответствующее биту i), при этом (T_x^o_min= Δ_o. Максимальное значение Т_х^оформируется при фазе "180^о" входного сигнала и если при этом сигнал соответствует линии L", а после формирования бита "С" производится формирование бита "С" (т.е. при фазе "180^о" входной сигнал изменяется по линии L" в интервале [A, B] (см. чертеж), затем по линии FK в интервале [B, C] В этом случае T_x^o_max= +2Δ_o+Δ_c.

Иначе
Δ_o ≅ T^o_x ≅ +2Δ_o+Δ_c (6) Аналогично можно получить предельные значения декодируемых значений Т_х¹и Т_х^с.

Δ₁ ≅ T¹_x ≅ +2Δ₁+Δ_c (7)
Δ_c ≅ T^c_x ≅ +3Δ_c (8) Для осуществления достоверного декодирования необходимо выполнить условия (2). Выберем
ΔT_o^II=2Δ_o+Δ_c, ΔT₁^I=Δ₁+Δ_c
(9)
ΔT₁^II= 2Δ₁+Δ_c, ΔT_c^I= 2Δ_c Полагая, что sinδ ≃ δ (δ ≪ 1), из (2) с учетом (9) имеем
T1- > T1+ , T1- > T_o+ T_o+T (10) Неравенства (6), (7) и (8) примут вид
1- ≅ T^o_x ≅ 1+ + T_c (11)
1- ≅ T¹_x ≅ 1+ + T_c (12)
1- ≅ T^c_x ≅ 1+ (13)
Таким образом, при кодировании бита информации "0", "1" и "С" формируют период синусоидального напряжения Т_о, Т₁ и Т_с в соответствии с (10), а при декодировании информации фиксируют длительность Т_хⁱ между нулевым значением нарастающего входного сигнала и значением входного сигнала, равным минус δ U_a и при формировании соответствующего бита информации используют условия (11), (12) и (13), тем самым осуществляют достоверное кодирование и декодирование информации в условиях действия помех с уровнем отношения сигнал шум δ^-1 вне зависимости от фазы входного сигнала.

Покажем на примере эффективность предлагаемого способа кодирования и декодирования информации. Пусть δ0,2. Из (10) имеем 0,8Т_с>1,1Т₁. Выберем Т_с=10 мс и Т₁= 6 мс. С учетом выбранных Т_с и Т₁ из (10) имеем Т_о<4,6. Пусть Т_о=4 мс. Определим интервал времени Т_хⁱ. С учетом (11), (12) и (13) декодирование осуществляют следующим образом.

"0" __→ 1,87 мс ≅ T^o_x ≅ 2,56 мс (14)
"1" __→ 2,80 мс ≅ T¹_x ≅ 3,70 мс (15)
"C" __→ 4,68 мс ≅ T^c_x ≅ 5,95 мс (16) В пределы (14), (15) и (16) укладываются все варианты изменения входного сигнала в условиях действия помех как при фазе "0", так и при фазе "180^о" входного сигнала. Иными словами предлагаемый способ кодирования и декодирования информации обеспечивает абсолютную достоверность передачи кодовой информации, так как пределы изменения интервалов Т_х^о, Т_х¹ и Т_х^сне пересекаются.

Определим достоверность передачи кодовой информации известным способом. Пусть декодирующее устройство определяет длительность (период) Тⁱ между двумя соседними нулевыми значениями нарастающего входного сигнала. Если фаза входного сигнала "180^o", то в рассматриваемых условиях пределы изменения периода Тⁱ для разных бит информации определяются неравенствами
"0" __→ T_o-4Δ_o ≅ T^o≅ T_o+2Δ_o+ T_c+2Δ_c
"1" __→ T₁-2Δ₁+ T_o-2Δ_o≅ T¹≅ T₁+2Δ₁+ T_c+2Δ_c
"C" __→ T_c-2Δ_c+ T_o-2Δ_o≅ T^c≅ T_c+4Δ_c
В условиях рассматриваемого примера
3,52 мс ≅ Т^о ≅ 7,84 мс
4,4 мс ≅ Т¹ ≅ 8,96 мс (17)
6,16 мс ≅ Т^с ≅ 11,2 мс Как следует из (17), известный способ кодирования и декодирования информации не обеспечивает достоверной передачи информации в условиях действия помех и возможности изменения фазы входного сигнала, поскольку интервалы Т^о, Т¹ и Т^с пересекаются, следовательно, отсутствуют условия для однозначного декодирования информации.

Если фаза входного сигнала "0", то в условиях действия помех (входной сигнал произвольно располагается между линиями L' и L") значения Т^о, Т¹ и Т^с лежат в пределах
T_o-Δ_o≅ T^o≅ T_o+2Δ_o
T₁-Δ₁≅ T¹≅ T₁+2Δ₁
T_c-Δ_c≅ T^c≅ T_c+2Δ_c из-за возможности достижения нарастающим входным сигналом нулевого значения на интервале [B', B] Для рассматриваемого примера
1,88 мс ≅ Т^о ≅ 4,24 мс
2,82 мс ≅ Т¹≅ 6,36 мс (18)
4,7 мс ≅ Т^с ≅ 10,6 мс Как следует из (18) и при фазе "0" входного сигнала известный способ также не обеспечивает достоверного декодирования сигнала в условиях действия помех.

Формула изобретения

СПОСОБ КОДИРОВАНИЯ И ДЕКОДИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИИ, заключающийся в том, что при кодировании управляющего слова каждый бит информации нуль и единица - формируют в виде одного заданной длительности периода синусоидального напряжения амплитудой U_а, а декодирование в условиях действия помех с уровнем отношения сигнал-шум δ-1, осуществляют посредством определения временных интервалов, отличающийся тем, что перед началом каждого управляющего слова формируют синхросигнал в виде одного заданной длительности T_с периода синусоидального напряжения, при этом формирование периода T_o, T₁ и T_с синусоидального напряжения при кодировании соответственно нуля, единицы и синхросигнала осуществляют из условия


а декодирование информации производят путем формирования временного интервала T_x между моментом прохождения нарастающего входного сигнала через нуль и моментом его снижения до отрицательного уровня шумов, при этом формирование кодовой информации "Нуль" производят при условии

кодовой информации "Единица" при условии

в кодовой информации "Синхросигнал" при условии

РИСУНКИ

Рисунок 1