Способ повышения достоверности передачи цифрового сообщения
Изобретение относится к области передачи и обработки цифровых сигналов. Техническим результатом является повышение достоверности передачи информации по радиоканалу. Способ содержит этапы, на которых вводят избыточность цифрового сообщения с помощью добавления эталонных маркеров, для этого до начала передачи цифрового информационного сигнала доводят до участников информационного взаимодействия значение эталонных маркеров, которое вводят и хранят в базе данных аппаратно-программных комплексов, входящих в состав информационной сети, и не меняют в установленном временном интервале, затем в процессе подготовки передаваемых сообщений в передающем аппаратно-программном комплексе формируют цифровое сообщение таким образом, что после каждого передаваемого информационного сигнала «1» вводят дополнительный эталонный маркер через известный заданный интервал времени, меньший, чем интервал между информационными сигналами, а после передаваемого информационного сигнала «0» через заданный интервал времени эталонный маркер не вводится, после получения цифрового сообщения в принимающем аппаратно-программном комплексе анализируют временные интервалы между сигналами, выделяют эталонные маркеры и формируют истинное значение переданного цифрового информационного сигнала из фактически принятого сообщения. 5 ил.
Изобретение относится к способам повышения достоверности передачи цифровых сообщений.
Изобретение может быть использовано для повышения достоверности передаваемой информации в различных телекоммуникационных системах, системах телеконтроля и распознавания образов, системах мониторинга для оценки состояния контролируемых динамических объектов, систем и макросистем в различных сферах деятельности, в том числе при глобальном мониторинге состояния окружающей среды, в робототехнике, формализации и представления знаний о состоянии динамических объектов, в системах управления различного назначения, информационного обеспечения принятия и контроля исполнения решений.
Известны способы повышения достоверности передачи цифровых данных, основанных на искусственном введении избыточности в передаваемых сообщениях, контроле первичных параметров принимаемых сигналов или их совместном использовании. Различают способы повышения достоверности без обратной связи и с обратной связью. Способы повышения достоверности, относящиеся к первой группе, используются в однонаправленных системах связи. В системах связи, где имеется возможность передачи информации в обоих направлениях, используют способы повышения достоверности, относящиеся ко второй группе [1. Э.Ш. Гойхман, Ю.И. Лосев. Передача информации в АСУ. Изд. 2-е, доп. и перераб. М., «Связь», 1976, с. 139].
Системы передачи данных, использующие способ повышения достоверности первой группы, делятся на системы с простым кодом, с многократным повторением одной и той же информации и с использованием кодов с исправлением ошибок. Многократное повторение является наиболее простым способом повышения достоверности. В этом случае за истинное сообщение принимается такое, которое имеет наибольшее число совпадений в многократно принятой последовательности. Недостатком этого способа является малая пропускная способность и неэффективное использование вводимой избыточности [2. Котов П.А. Повышение достоверности передачи дискретной информации. М., «Связь», 1972, с. 156].
Известны способы повышения достоверности передачи данных, использующих одновременную передачу одной и той же информации по нескольким параллельным каналам связи. При двух параллельно работающих каналах в передаваемые сообщения может вводиться избыточность, позволяющая найти ошибки. Также может быть использован мажоритарный принцип. В этом случае количество работающих каналов должно быть не менее трех. Недостатком способа многоканальной передачи данных также является неэффективное использование избыточности [3. Андронов И.С., Финк Л.М. Передача дискретных сообщений по параллельным каналам. М., «Советское радио», 1971. 406 с.], [4. Патент РФ №2513725, МПК G06F 11/00. Способ обеспечения целостности передаваемой информации].
Способы повышения достоверности в системах передачи данных с обратной связью подразделяются на способы с решающей, информационной и комбинированной обратной связью. К недостаткам следует отнести существенные потери скорости передачи информации, низкую оперативность процесса восстановления данных [5. Шварцман В.О., Емельянов Г.А. Теория передачи дискретной информации: Учебник для вузов связи. М., «Связь». 1979. 424 с.].
Известен способ символьной синхронизации радиотелеметрических систем в частотно-временной области [6. А.И. Лоскутов, А.А. Бянкин, А.С. Дуников, А.В. Паршуткин. Статья, «Известия вузов. Приборостроение», 2014, Т. 57, №10], позволяющий в перспективных наземных приемно-регистрирующих станциях телеметрической информации повысить помехоустойчивость приема телеметрической информации. Способ основан на корреляционной классификации спектральных образов двоичных символов группового телеметрического сигнала и их границ. При этом использование больших размерностей быстрого преобразования Фурье неэффективно, так как при незначительном уменьшении вероятности ошибки приема символов значительно возрастают вычислительные затраты.
Недостатком указанного способа является применение сложных методов цифровой обработки сигнала для синхронизации, сложность алгоритмов восстановления данных после их передачи и получения на входе приемника.
Наиболее близким для решения задачи обеспечения достоверного приема информации является способ символьной синхронизации при приеме сигнала кодоимпульсной модуляции - фазовой манипуляции с известной структурой [7. Патент РФ №2595952 С2, МПК G06F 17/14, Н04В 1/7073. Способ символьной синхронизации при приеме сигнала кодоимпульсной модуляции - фазовой манипуляции с известной структурой]. Повышение помехоустойчивости и достоверности при передаче информации достигается применением контура двухуровневой обработки входного сигнала: на первом уровне осуществляется поиск границ следования двоичных символов с использованием образов, полученных на основе расчета спектральной плотности мощности фрагмента анализируемого сигнала и вычислении коэффициента корреляции образов с эталонным спектральным образом, соответствующим границе двоичных символов; на втором уровне с использованием двухканальной вычитающей схемы демодулятора. Затем производится расчет спектрального образа и сравнение его со спектральным образом символа на основе вычисления коэффициента корреляции.
Недостатком указанного способа является применение сложных методов цифровой обработки сигнала для синхронизации, сложность алгоритмов восстановления данных после их передачи и получения на входе приемника, а также сложность обработки сигналов в режиме непосредственного приема информации.
Задачей настоящего изобретения является повышение достоверности передачи и восстановления цифрового сообщения вне зависимости от типа действующих на него помех.
Технический результат заключается в повышении достоверности передачи и восстановления цифрового сообщения на основе новой последовательности операций, обеспечивающих формирование на передающей стороне совокупности эталонов и выделение на приемной стороне полезного значения переданного цифрового информационного сигнала из принятого зашумленного цифрового сообщения вне зависимости от вида помех, действующих на сигнал в линии связи.
Решение поставленной задачи и получение технического результата обеспечивается введением в известный способ новых действий, обеспечивающих изменение порядка формирования, формы передачи, а также содержания операций приема и обработки сообщений, что существенно отличает предлагаемый от известных способов, а именно:
1) до начала передачи цифрового сообщения устанавливают и доводят до участников информационного взаимодействия значение эталона, который не меняется в требуемом временном интервале;
2) установленное значение эталона (УЗЭ) вводят и хранят в базе данных аппаратно-программных комплексов (АПК), входящих в состав информационной сети;
3) используют УЗЭ при подготовке передаваемых и обработке принятых сообщений в течение требуемого временного интервала информационного взаимодействия;
4) для организации достоверного информационного взаимодействия АПК в состав предназначенного для передачи сообщения добавляют после информационной «1» ориентирующие маркеры, кратные значению эталона, через интервал времени τ1;
5) после получения сообщения анализируют длительность временного интервала между сигналами, определяют ориентирующие эталонные маркеры, расположенные через интервал τ1, и выделяют истинное значение переданных цифровых сигналов.
Для решения поставленной задачи используется методический прием - добавление эталонных ориентирующих маркеров. Суть этого способа заключается в добавлении эталонных маркеров после каждой «1» через известный интервал времени τ1.
При передаче цифрового сообщения, включающего в себя массив данных в виде совокупности сигналов Сn (фиг. 1), являющихся «0» или «1», то есть
C={Cn}, n=1, …, N, | 
.
В соответствии с задачей изобретения на приемной стороне (ПРМ) необходимо отделить помехи и выделить истинное сообщение, сформированное в передатчике (ПРД).
Для передачи информации в ПРД формируют сообщение С={Сn} по следующим правилам (фиг. 2):
1) если требуется передать информационный сигнал, соответствующий «1» (Сn=1), то после него через временной интервал τ1 (τ1<τ0, τ0 - интервал между информационными сигналами) вводят маркер Сm;
2) эталонный маркер Сm=К⋅Э | (Э=1), где Э - эталон, К≥[1] - заданное до начала сеанса передачи данных целое число кратности и известное на приемной стороне;
3) если требуется передать «0» (Сn=0), то после Сn маркер не вводится.
После получения сообщения в АПК ПРМ проводят анализ наличия маркера после цифрового информационного сигнала (
) по правилам:
если после 
через интервал τ1 обнаружен сигнал 
вне зависимости от величины искаженного сигнала, то
;
если после 
через интервал τ1 не обнаружен сигнал 
вне зависимости от величины искаженного сигнала, то
.
Таким образом, предлагаемый способ, заключающийся в добавлении эталонных маркеров после каждой передаваемой «1» через известный интервал времени, позволяет повысить достоверность передачи информации вне зависимости от типа действующих помех и восстановить содержание сообщения путем введения избыточности.
Проведенный анализ уровня существующих технических решений позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, идентичных всем признакам заявляемого решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявляемого изобретения критерию охраноспособности «новизна».
Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными признаками заявляемого способа, показали, что в общедоступных источниках информации не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с его отличительными признаками.
Из уровня техники также не подтверждена известность влияния отличительных признаков заявляемого изобретения на указанный заявителем технический результат, следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию «изобретательский уровень».
То есть задача повышения достоверности передачи цифровой информации решена.
Пример реализации способа
При передаче цифрового сообщения С, например числа «19», формируется следующая импульсная посылка (фиг. 3).
Для повышения достоверности передачи цифрового сообщения в АПК ПРД после каждой информационной единицы вводят эталонный маркер Сm (фиг. 4).
В АПК ПРМ после обработки принятого зашумленного сообщения выделяют эталонные маркеры и формируют достоверное цифровое сообщение по следующим правилам: если за цифровым информационным сигналом следует через интервал τ1 еще один сигнал, то переданный сигнал идентифицируется как «1», если же за принятым цифровым информационным сигналом не следует через интервал времени τ1 следующий цифровой сигнал - переданный сигнал идентифицируется как «0» (фиг. 5). Таким образом, задача достоверной передачи и обработки цифрового сигнала решена.
Литература
1. Э.Ш. Гойхман, Ю.И. Лосев. Передача информации в АСУ. Изд. 2-е, доп. и перераб. М., «Связь», 1976, с. 139.
2. Котов П.А. Повышение достоверности передачи дискретной информации. М., «Связь», 1972, с. 156.
3. Андронов И.С., Финк Л.М. Передача дискретных сообщений по параллельным каналам. М., «Советское радио», 1971. 406 с.
4. Патент РФ №2513725, МПК G06F 11/00. Способ обеспечения целостности передаваемой информации.
5. Шварцман В.О., Емельянов Г.А. Теория передачи дискретной информации: Учебник для вузов связи. М., «Связь». 1979. 424 с.
6. А.И. Лоскутов, А.А. Бянкин, А.С. Дуников, А.В. Паршуткин. Статья, «Известия вузов. Приборостроение», 2014, Т. 57, №10.
7. Патент РФ №2595952 С2, МПК G06F 17/14, Н04В 1/7073. Способ символьной синхронизации при приеме сигнала кодоимпульсной модуляции - фазовой манипуляции с известной структурой.
Способ повышения достоверности передачи цифровых сообщений, предполагающий искусственное введение избыточности при передаче цифрового сообщения, включающего последовательность цифровых информационных сигналов, отличающийся тем, что вводят избыточность цифрового сообщения с помощью добавления эталонных маркеров, для этого до начала передачи цифрового информационного сигнала доводят до участников информационного взаимодействия значение эталонных маркеров, которое вводят и хранят в базе данных аппаратно-программных комплексов, входящих в состав информационной сети, и не меняют в установленном временном интервале, затем в процессе подготовки передаваемых сообщений в передающем аппаратно-программном комплексе формируют цифровое сообщение таким образом, что после каждого передаваемого информационного сигнала «1» вводят дополнительный эталонный маркер через известный заданный интервал времени, меньший, чем интервал между информационными сигналами, а после передаваемого информационного сигнала «0» через заданный интервал времени эталонный маркер не вводится, после получения цифрового сообщения в принимающем аппаратно-программном комплексе анализируют временные интервалы между сигналами, выделяют эталонные маркеры и формируют истинное значение переданного цифрового информационного сигнала из фактически принятого сообщения вне зависимости от типа и величины помех, действующих на передаваемое сообщение.
