Способ передачи абонентских сигналов с адаптивной ступенчатой дискретизацией по линии связи с отказами, работающей на выбранной скорости передачи
Изобретение относится к области техники связи и может быть использовано для адаптивного регулирования скорости ввода нагрузки в каналы и линии связи по результатам поинтервальной оценки верхней частоты изменения исходных абонентских сигналов при их дискретизации. Технический результат заключается в повышении достоверности передачи абонентских сигналов и формировании остаточного ресурса скорости передачи (пропускной способности) линии связи за счет адаптивного регулирования скорости передачи абонентских сигналов в информационном направлении в пределах выбранной скорости передачи линии связи в соответствии с отношением сигнал/шум. Технический результат достигается за счет поинтервальной, последовательной и обоснованной дискретизации исходного непрерывного (аналогового) сигнала, позволяющей адаптивно регулировать скорость передачи абонентских сигналов в информационном направлении в пределах выбранной скорости передачи линии связи в соответствии с отношением сигнал/шум. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.
Изобретение относится к области техники связи и может быть использовано для адаптивного регулирования скорости ввода нагрузки в каналы и линии связи по результатам поинтервальной оценки верхней частоты изменения исходных абонентских сигналов при их дискретизации.
Постоянный рост потребностей абонентов сетей связи в информационном обмене ведет к необходимости наращивания ресурсов сетей с одновременным поиском методов и способов повышения эффективности использования этих ресурсов. Одним из путей повышения эффективности стала разработка и внедрение адаптивной дискретизации исходных абонентских сигналов, которая, в отличие от равномерной дискретизации, существенно снижает информационную избыточность представления исходных сигналов для их передачи по линиям связи.
С одной стороны, данный подход позволяет снижать итоговую нагрузку на ресурсы сетей со стороны абонентов, с другой стороны, он требует передачи дополнительных данных о частоте дискретизации на приемную сторону линии связи и/или наличия обратного канала для слежения за текущей погрешностью восстановления сигналов абонента, что ведет к росту скорости в линии связи.
Кроме того, необходимо обеспечивать достоверность передачи абонентских сигналов, что не всегда может выполняться при высоких требованиях ввиду принятия решений о частоте дискретизации по текущей погрешности восстановления сигнала.
Развитие цифровых и информационных технологий привело к появлению у сетей связи (информационно-телекоммуникационных систем) свойств памяти и вычислительной мощности (производительности оборудования). Если в локальных вычислительных сетях, центрах обработки данных и в автоматизированных системах управления эти свойства активно используются и являются одними из ключевых при проектировании, то в телекоммуникационных сетях (сетях связи) они играют второстепенную (обеспечивающую) роль, хотя позволяют с новой стороны взглянуть на процесс информационного обмена.
В случае с дискретным представлением непрерывного абонентского сигнала, предварительная запись его в память позволяет получить точные частотные характеристики сигнала и задать для него на различных временных интервалах частоту дискретизации, позволяющую интерполировать сигнал на приемной стороне с любой точностью. Это является решением задачи обеспечения достоверности информационного обмена абонентов за счет введения некоторой временной задержки при обработке сигналов. Данная задержка не должна нарушать требований к своевременности информационного обмена, что достижимо за счет высоких показателей вычислительной способности современных средств связи в сочетании с снижением интервалов определения частоты дискретизации.
Частота дискретизации напрямую связана с объемом передаваемых данных и, следовательно, со скоростью их передачи в линии связи и требуемой для этого скорости передачи самой линии связи. Данные показатели традиционно приняты для описания характеристик линий связи, а также образованных на их основе каналов и трактов.
Снижение необходимой скорости передачи данных относительно рабочей скорости передачи линии связи позволяет сформировать резерв ее ресурса – остаточный ресурс скорости передачи линии связи. Этот ресурс можно использовать в различных целях, например:
для передачи дополнительных данных источника, или передачи данных от других источников;
повышения достоверности передачи данных за счет увеличения избыточности помехоустойчивого кодирования, ли снижения межсимвольной интерференции и т.д.
Перечисленные выше факторы указывают на необходимость разработки способов передачи абонентских сигналов с адаптивной дискретизацией по линиям связи с отказами, работающих на выбранной скорости передачи.
Термины и определения, используемые в заявке.
Линия связи – линии передачи, физические цепи и линейно-кабельные сооружения связи.
Пропускная способность линии связи – предельная скорость передачи данных линии связи (информационного направления).
Дискретизация – представление непрерывной функции (сигнала) дискретными отсчетами.
Информационное сообщение в виде пакетов – форма представления исходных абонентских сигналов при реализации технологии пакетной передачи данных.
Информационное направление – совокупность технических средств связи, обеспечивающая перенос данных между корреспондентами (пользователями, абонентами).
Остаточный ресурс скорости передачи линии связи – разность между скоростью передачи (пропускной способностью) линии связи и текущей скоростью ввода в нее нагрузки.
Память – среда для хранения данных в течение определённого времени.
Известны способы адаптивной дискретизация, применяемые, например, при дельта-модуляции [Гуров И. П. Основы теории информации и передачи сигналов. – СПб.: BHV-Санкт-Петербург, 2000 – 97 с.: ил.; Чуфаров И.Г. Высококачественная цифровая звукозапись на основе сигма-дельта модуляции / Цифровая обработка сигналов, № 1, 2009]. В каждый момент отсчёта преобразуемый сигнал сравнивается с пилообразным напряжением на каждом шаге дискретизации. Пилообразное напряжение поступает из интегратора, который замыкает цепь обратной связи дельта-модулятора. Таким образом, поступающий в сумматор сигнал сравнивается со значением сигнала в конце предыдущего шага дискретизации. Если в момент сравнения текущая величина сигнала превышает мгновенное значение пилообразного напряжения (выходное напряжение интегратора), то последнее нарастает до следующей точки дискретизации, в противном случае оно спадает. В простейшей системе модуль скорости изменения пилообразного напряжения сохраняется неизменным в процессе преобразования. Полученный бинарный сигнал можно рассматривать как производную от пилообразного напряжения. Выбирая достаточно малым значение переменного шага Δ, можно получить любую заданную точность представления исходных сигналов, что вызывает избыточность дискретизации.
Основной недостаток дельта-модуляции состоит в том, что при быстрых изменениях сигнала дельта-кодер не успевает отслеживать изменения его уровня, вследствие чего возникает так называемая «перегрузка по крутизне» – ошибки дискретного представления исходного сигнала.
Известны методы адаптивной модуляции и кодирования в беспроводных системах связи, основанные на предварительной оценке качества канала. К таким методам относятся, например, методы, описанные в [Рекомендация МСЭ-R S.1878 (12/2010). Методы передачи на основе многих несущих для спутниковых систем]. Суть методов адаптивной модуляции и кодирования заключается в следующем: анализатор каналов оценивает мгновенное отношение сигнал-шум (CNR) в канале и выбирает соответствующую комбинацию модуляции и кодирования (MODCOD); выбор MODCOD далее передается обратно контроллеру адаптивного кодирования и модуляции (ACM) передатчика и используется для установки соответствующих модуляции и кодирования, которые должны применяться при демодуляции и декодировании принимаемых отсчетов.
Недостатком данных методов является необходимость решающей обратной связи, что обуславливает снижение достоверности на время прохождения служебной информации по обратному каналу и повышение нагрузки на линию связи.
Известны система и способ для динамической адаптации скорости передачи данных и мощности передачи с помощью протокола передачи маяка (по патенту РФ № 2381622 от 19.10.2005 г., Н04В 7/005. Опубликовано: 10.02.2010 Бюл. № 4). В известном способе динамического выбора скорости передачи данных и/или мощности передачи в системе связи, включающей в себя множество устройств, включающих в себя, по меньшей мере, одно приемное устройство и, по меньшей мере, одно передающее устройство, заключающийся в том, что делят время на последовательность из, по меньшей мере, одного суперкадра; внедряют в приемное устройство обратную связь в маяк, причем указанная обратная связь по состоянию или качеству линии связи дополнительно содержит, по меньшей мере, одно из следующего: отношение сигнал/шум; уровень принятого сигнала; уровень шума; частоту пакетных ошибок; частоту битовых ошибок; потери в тракте и любую другую характеристику качества канала или приема.
Недостаток известного способа заключается в ограниченности его применения, т.к. он относится только к беспроводным системам связи, использующих протокол MAC, в которых устройства передают маяк.
Наиболее близким по технической сущности аналогом (прототипом) к заявленному способу является Способ выбора скорости передачи в радиолиниях (Патент РФ 2744037, G08C 13/00 (2006.01) опубл. 02.03.2021, бюл. № 7), заключающийся в том, что передают измеренное значение отношения мощности информационного сигнала к спектральной плотности мощности шума на передающую сторону, при этом если измеренное значение отношения мощности информационного сигнала к спектральной плотности мощности шума окажется меньше рассчитанного значения отношения мощности тестового сигнала к спектральной плотности мощности шума, то на передающей стороне уменьшают скорость передачи на одну градацию, а на приемной уменьшают на одну градацию полосу пропускания приемного тракта, а если измеренное значение отношения мощности информационного сигнала к спектральной плотности мощности шума окажется не меньше рассчитанного значения отношения мощности тестового сигнала к спектральной плотности мощности шума, то передают следующий пакет информационных сообщений, указанные процедуры повторяют до тех пор, пока не будут переданы все пакеты информационных сообщений.
Недостатком способа-прототипа является отсутствие возможности адаптивного регулирования скорости передачи абонентских сигналов в зависимости от их свойств, что обуславливает избыточность представления этих сигналов при оцифровке и увеличение нагрузки на линию связи. Обеспечение достоверности передачи информационных сообщений в способе-прототипе требует решающей обратной связи, что обуславливает снижение достоверности на время прохождения служебной информации по обратному каналу и повышение нагрузки на линию связи.
Технической проблемой, на решение которой направлено предлагаемое решение, является наличие временных интервалов при передаче информационных сообщений со сниженной достоверностью и информационными потерями (обусловленной применением обратной решающей связи и отказами в линиях связи), а также повышенная нагрузка на линии связи, обусловленная информационной избыточностью представления абонентских сигналов (сигналов источников информации) для их передачи по линиям связи.
Техническая проблема решается за счет поинтервальной, последовательной и обоснованной дискретизации исходного непрерывного (аналогового) сигнала позволяющей адаптивно регулировать скорость передачи абонентских сигналов в информационном направлении в пределах выбранной скорости передачи линии связи в соответствии с отношением сигнал/шум.
Техническим результатом изобретения является повышение достоверности передачи абонентских сигналов и формирование остаточного ресурса скорости передачи (пропускной способности) линии связи за счет адаптивного регулирования скорости передачи абонентских сигналов в информационном направлении в пределах выбранной скорости передачи линии связи в соответствии с отношением сигнал/шум.
Технический результат достигается тем, что в способе передачи абонентских сигналов с адаптивной ступенчатой дискретизацией по линии связи с отказами, работающей на выбранной скорости передачи задают градации полосы пропускания приемного тракта в соответствии с номиналами допустимых скоростей передачи для линии связи, измеряют уровень шума на приемной стороне линии связи и рассчитывают его спектральную плотность мощности, принимают переданный тестовый сигнал с минимально допустимой для линии связи скоростью передачи, измеряют уровень мощности тестового сигнала с шумом и рассчитывают значение отношения мощности тестового сигнала к спектральной плотности мощности шума, передают рассчитанное значение на передающую сторону линии связи на минимально допустимой скорости передачи, вычисляют пропускную способность линии связи в соответствии с значением отношения мощности тестового сигнала к спектральной плотности мощности шума и устанавливают ближайшую меньшую из допустимых скорость передачи линии связи, устанавливают градацию полосы пропускания приемного тракта в соответствии с установленной скоростью передачи; передают информационные сообщения в виде пакетов, принимают переданный сигнал информационного сообщения в виде пакетов; дополнительно задают характеристики фильтров, соответствующие градациям полос пропускания приемного тракта, градации частот дискретизации абонентских сигналов в соответствии с номиналами допустимых скоростей передачи для линии связи, временной интервал определения частоты дискретизации абонентских сигналов; для формирования пакетов на передающей стороне на каждом временном интервале определения частоты дискретизации абонентских сигналов записывают абонентский сигнал в память, оценивают верхнюю частоту изменения модулируемого параметра сигнала на заданном временном интервале, относительно которой, определяют ближайшую большую частоту дискретизации из заданных градаций, дискретизируют модулируемый параметр абонентского сигнала с последующем квантованием, формируют пакеты информационного сообщения с присвоением временной метки, при этом в заголовок первого пакета временного интервала записывают данные о частоте дискретизации и скорости передачи информационных сообщений; на приемной стороне на каждом временном интервале считывают из заголовка первого пакета данные о частоте дискретизации абонентских сигналов и скорости передачи информационных сообщений на текущем временном интервале, определяют фильтр, характеристики которого соответствуют скорости передачи информационных сообщений и включают его в приемный тракт; восстанавливают передаваемый абонентский сигнал в соответствии со значением частоты дискретизации на текущем временном интервале.
В частном случае технический результат достигается тем, что при возникновении отказа в линии связи дополнительно задают время актуальности информационных сообщений, записывают сформированные информационные сообщения в память, запоминают время отказа, с заданным периодом проверяют актуальность сохраненных информационных сообщений, удаляют из памяти информационные сообщения с превышенным временем актуальности; при восстановлении линии связи передают сохраненные информационные сообщения за счет использования остаточного ресурса выбранной скорости передачи линии связи, который определяют на каждом временном интервале как разность между выбранной скоростью передачи линии связи и скоростью передачи текущих информационных сообщений, поступающих от абонента; на приемной стороне восстанавливают абонентский сигналы с учетом присвоенных временных меток пакетам информационных сообщений.
Из уровня техники не выявлено решений, касающихся способов передачи абонентских сигналов по линиям связи с отказами, характеризующихся заявленной совокупностью признаков что, следовательно, указывает на соответствие заявленного способа условию патентоспособности «новизна».
Результаты поиска известных решений в данной и смежной областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипов признаками заявленного изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».
«Промышленная применимость» способа обусловлена наличием элементной базы, на основе которой могут быть выполнены устройства, реализующие способ.
Заявленный способ поясняется следующими фигурами:
фиг. 1 – обобщенная блок-схема выбора скорости передачи линии связи и работы тракта передачи абонентских сигналов по линии связи без отказов;
фиг. 2 – обобщенная блок-схема работы тракта приема абонентских сигналов при их передаче по линии связи без отказов;
фиг. 3 – обобщенная блок-схема выбора скорости передачи линии связи и работы тракта передачи абонентских сигналов по линии связи с отказами;
фиг. 4 – обобщенная блок-схема работы тракта приема абонентских сигналов при их передаче по линии связи с отказами;
фиг. 5 – графическое представление частоты изменения модулируемого параметра абонентского сигнала;
фиг. 6 – обобщенная функциональная схема информационного направления;
фиг. 7 – пример обобщенной структурной схемы информационного направления с линией связи без отказов;
фиг. 8 – пример обобщенной структурной схемы информационного направления с линией связи с отказами.
Заявленный способ реализован в виде блок-схем представленных на фиг. 1-4.
В блоке 1 задают:
– N градаций полосы пропускания приемного тракта в соответствии с номиналами допустимых скоростей передачи для линии связи. Взаимосвязь ширины спектра сигнала со скоростью передачи его элементов известна и описана, например, в (Зайцев Д.В. и др. Способ выбора скорости передачи элементов сигнала в радиомодемах. Патент РФ №2640431, от 01.07.2016 г., G01R 23/00, опубликовано: 09.01.2018 Бюл. №1). Градации полосы пропускания устанавливаются от минимально допустимой до максимальной для заданного типа линии связи;
– характеристики N фильтров, соответствующие градациям полос пропускания приемного тракта. Порядок разработки фильтров в зависимости от требуемой полосы пропускания известен и описан, например, в (Матвиенко В.А. Основы теории цепей : учебное пособие для вузов – Екатеринбург: УМЦ УПИ, 2016. – 162 с.);
– N градаций частоты дискретизации абонентских сигналов в соответствии с номиналами допустимых скоростей передачи для линии связи. Взаимосвязь частот дискретизации абонентских сигналов со скоростью передачи его ввода в линию связи известна и описана, например, в (Лайонс Р. Цифровая обработка сигналов: второе издание. Пер. с англ. – М.: ООО «Бином-Пресс», 2006 г. – 656 с.: ил.).
Установление градации позволяет ступенчато, в зависимости от характеристик абонентского сигнала, регулировать частоту дискретизации модулируемого для передачи параметра. Исходные сигналы имеют несколько параметров (например, амплитуда, частота, фаза), при этом для передачи сигнала используют, как правило, один параметр с применением соответствующего модулятора сигнала (амплитудного, частотного, фазового).
В линиях связи с цифровой обработкой сигналов первым этапом преобразования параметра сигнала в цифровой вид является его дискретизация. Количество отсчетов в единицу времени определяет итоговый объем данных, которым будет представлен исходный сигнал для передачи по линии связи. С увеличением объема увеличивается необходимая для передачи скорость, и наоборот.
При реализации процедур оцифровки сигналов в большинстве технических решений используется следующее утверждение: для передачи сигнала с любым качеством достаточно следования его отсчетов с частотой, удвоенной относительно верхней частоты изменения сигнала (Котельников В.А. О пропускной способности «эфира» и проволоки электросвязи // В сборнике. Всесоюзный энергетический комитет. Материалы к I Всесоюзному съезду по вопросам технической реконструкции дела связи и развития слаботочной промышленности. По радиосекции. – М.: Управление связи РККА, 1933. С. 1-19; Шеннон К. Работы по теории информации и кибернетике. – М.: Издательство иностранной литературы, 1963. – 832 с.). Однако, как правило, частота изменения параметров сигналов изменяется в широких пределах (от минимальной нижней fн до максимальной верхней fв) и на различных временных интервалах процесса длительностью T ее верхнее значение fв i различное (фиг. 5). Следовательно, для снижения информационной избыточности дискретного представления параметров непрерывного стохастического абонентского сигнала необходима поинтервальная дискретизация, для чего необходимо знать верхнюю частоту изменения сигнала на каждом заданном временном интервале (Иванов С. А., Стародубцев Ю. И. Теорема о представлении непрерывного многопараметрического сигнала с ненулевой дисперсией дискретными отсчетами // Системы управления, связи и безопасности. 2021. № 2. С. 12-36. DOI: 10.24412/2410-9916-2021-2-12-36).
Абонентские сигналы передаются в информационном направлении, обобщенная структурная схема которого представлена на фиг. 6. С точки зрения скорости передачи оно характеризуется скоростью передачи линии связи и скоростью передачи в информационном направлении, которая не может быть больше скорости линии.
Задают временной интервал определения частоты дискретизации абонентских сигналов Δt. Данный интервал задается в зависимости от допуска к задержкам сигналов при их передаче в информационных направлениях.
Заданные величины записывают в постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) ЭВМ.
В блоках 2-10 фиг.1 выбирают скорость передачи линии связи в соответствии с отношением сигнал/шум.
В блоке 2 фиг. 1 измеряют уровень шума на приемной стороне линии связи и в блоке 3 рассчитывают его спектральную плотность мощности. Процедуры измерения и оценки принятых реализаций радиоизлучений известны и описаны в (Гель В.Э. и др. Способ оценки помехозащищенности линий радиосвязи. Патент РФ №2613035 С1, от 16.03.2016 г., H04L 29/00. Опубликовано: 14.03.2017 г. Бюл. № 8).
В блоке 4 фиг. 1 принимают переданный тестовый сигнал с минимально допустимой для линии связи скоростью передачи. Процедуры приема сигналов известны и описаны в (Горячая А.В. и др. Способ оценки помехозащищенности линий радиосвязи приемного радиоцентра. Патент РФ № 2633984 С1, от 23.05.2016, H04L 29/00. Опубликовано: 20.10.2017 г. Бюл. № 29).
В блоке 5 фиг. 1 измеряют уровень мощности тестового сигнала с шумом. Процедуры измерения мощности тестового сигнала с шумом известны и описаны в (Дворников С.В. и др. Способ распознавания радиосигналов. Патент РФ № 2419147 С1, от 23.11.2009, G06K 9/00, Опубликовано: 20.05.2011 г. Бюл. № 14).
В блоке 6 фиг. 1 рассчитывают значение отношения мощности тестового сигнала к спектральной плотности мощности шума. Расчет производят в полосе частот спектра тестового сигнала.
В блоке 7 фиг. 1 передают рассчитанное значение на передающую сторону линии связи на минимально допустимой скорости передачи. Процедуры передачи информационных сигналов известны и описаны, например, в (Вознюк М.А. и др. Работа линий радиосвязи с ППРЧ в условиях преднамеренных помех // Информационные технологии. 2012. № 10. С.64-67).
В блоке 8 фиг. 1 вычисляют пропускную способность линии связи в соответствии с значением отношения мощности тестового сигнала к спектральной плотности мощности шума. Порядок расчета пропускной способности различных линий связи известен и описан, например, в (Садомовский А.C., Гульшин В.А. Расчет радиорелейных линий (РРЛ) связи: методические указания по курсовому проектированию для студентов специальностей 21030265 и 21020165 – Ульяновск : УлГТУ, 2005. – 28 с.; Костромитин А.О., Котов О.И., Лиокумович Л.Б., Соколов А.В. Методика расчета волоконно-оптических систем передачи с распределенным доступом – СПб.: ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2019. – 84 с.).
В блоке 9 фиг. 1 устанавливают ближайшую меньшую, относительно вычисленной пропускной способности, скорость передачи линии связи перечня из допустимых скоростей.
В блоке 10 фиг. 1 устанавливают градацию полосы пропускания приемного тракта в соответствии с установленной скоростью передачи. Процедуры установки градацию полосы пропускания приемного тракта в соответствии с допустимой скоростью передачи известны и описаны в (Зайцев Д.В. и др. Способ выбора скорости передачи элементов сигнала в радиомодемах. Патент РФ № 2640431, от 01.07.2016 г., G01R 23/00, Опубликовано: 09.01.2018. Бюл. № 1).
В блоках 11-22 фиг. 1 передают формируемые из абонентских сигналов информационные сообщения в виде пакетов.
В блоке 11 фиг. 1, в момент начала формирования абонентом сигналов, принимают t = 0.
В блоке 12 фиг. 1, на каждом интервале дискретизации, из абонентских сигналов формируют пакеты информационных сообщений в абонентском устройстве корреспондента 1 (абонента) (47, фиг. 7), для чего:
в блоке 13 фиг. 1 записывают абонентский сигнал в память. Запись сигнала в память возможна путем оцифровки его модулируемого параметра с максимальной, для данного вида сигналов, частотой дискретизации. Оцифровку модулируемого параметра источника (абонента) сигнала (52, фиг. 7) возможно реализовать путем последовательного включения в тракт его прохождения фильтра (53, фиг. 7) с верхней частотой полосы пропускания fв, усилителя (54, фиг. 7) приводящего сигнал к необходимому уровню мощности, модулятора параметра сигнала (55, фиг. 7), аналого-цифрового преобразователя АЦП1 (56, фиг. 7) дискретизирующего модулируемый параметр сигнала с частотой тактового генератора ТГ (57, фиг. 7) соответствующей верхней частоте полосы пропускания фильтра (53, фиг. 7) fв, запоминающее устройство П1 (58, фиг. 7);
в блоке 14 фиг. 1 оценивают верхнюю частоту изменения модулируемого параметра сигнала на заданном временном интервале. Оценка производится анализатором сигнала АС (59, фиг. 7). Анализаторы сигналов известны и описаны, например, в (анализатор спектра Rohde & Schwarz FSP3 [https://spb.getlic.ru/katalog-oborudovaniya/analizatory-spektra/analizator-spektra-r-s-fsp3]);
в блоке 15 фиг. 1 определяют ближайшую большую частоту дискретизации из заданных градаций, для чего вычисляют частоту дискретизации по значению верхней частоты изменения модулируемого параметра сигнала на заданном временном интервале (например, по теореме Котельникова [Котельников В.А. О пропускной способности «эфира» и проволоки электросвязи // В сборнике. Всесоюзный энергетический комитет. Материалы к I Всесоюзному съезду по вопросам технической реконструкции дела связи и развития слаботочной промышленности. По радиосекции. – М.: Управление связи РККА, 1933. С. 1-19]) и выбирают ближайшую большую частоту дискретизации из заданных градаций;
в блоке 16 фиг. 1 дискретизируют модулируемый параметр абонентского сигнала и в блоке 17 квантуют дискретные отсчеты в аналого-цифровом преобразователе АЦП2 (62, фиг. 7), для чего приводят частоту тактового генератора ТГ (57, фиг. 7) к частоте дискретизации, определенной в блоке 15, путем включения между тактовым генератором и аналого-цифровым преобразователем делителя с переменной частотой деления (60, фиг. 7) с его управлением анализатором сигналов АС (59, фиг. 7). При этом, для синхронизации аналого-цифрового преобразователя АЦП2 (62, фиг. 7) с источником (абонентом) сигнала (52, фиг. 7) необходимо учесть временную задержку τ, возникающую при анализе сигнала на временном интервале ∆t, для чего между модулятором (55, фиг. 7) и аналого-цифровым преобразователем АЦП2 (62, фиг. 7) включают линию задержки на время τ (61, фиг. 7);
в блоке 18 фиг. 1 преобразуют кодовую последовательность в вид пакетов с присвоением им временной метки. Преобразование выполняется в кодере 1 (63, фиг. 7);
в блоке 19 фиг. 1 записывают в заголовок первого пакета временного интервала данные о частоте дискретизации и скорости передачи информационных сообщений. Запись данных о частоте дискретизации выполняется в кодере 1 (63, фиг. 7). Запись данных о скорости передачи информационных сообщений выполняется в кодере 2 (64, фиг. 7), выполняющего функцию помехоустойчивого кодирования.
В блоке 20 передают информационные сообщения в виде пакетов, для чего в передатчике (48, фиг. 7) преобразуют информационные сообщения в виде пакетов к виду, пригодному для передаче в среде (49, фиг. 7) путем модуляции ими опорного сигнала в модуляторе (65, фиг. 7) с дальнейшим преобразованием в каскадах передатчика (66, фиг. 7). Процедуры пакетной передачи известны и описаны, например, см. (Дворников С.В. и др. Аппарат анализа частотного ресурса для режима псевдослучайной перестройки рабочей частоты // Информационно-управляющие системы. 2019. № 4 (101). С. 62-68).
В блоке 21 фиг. 1 проверяют, формирует ли абонент сигналы. Если формирует, то в блоке 22 принимают t=t+Δt и переходят к их передаче на следующем временном интервале дискретизации, в обратном случае заканчивают передачу.
Блоки 23-30 фиг. 2 описывают процесс передачи абонентских сигналов на приемной стороне.
В блоке 23 фиг. 2 в момент начала приема сигналов со стороны передатчика, принимают tꞌ = 0.
В блоке 24 фиг. 2 принимают информационные сообщения в виде пакетов.
Процесс приема может быть реализован следующим образом: преобразуют входящий в приемник (50, фиг. 7) сигнал в каскаде преобразований (67, фиг. 7), усиливают его усилителем (68, фиг. 7) до уровня, пригодного для работы демодулятора (71, фиг. 7); при этом, с целью синхронизации со скоростью работы передатчика в блоке 25 фиг. 2 считывают из заголовка первого пакета, полученного на выходе декодера 2 (72, фиг. 7) о скорости передачи информационных сообщений на текущем временном интервале, по которой в блоке 26 фиг. 2 в анализаторе А (73, фиг. 7) (например, анализатор трафика Ethernet на платформе EXFO FTB-500 [https://www.2test.ru/second/emulyatory-generatory-i-analizatory-trafika/2cf/2cf42af24a917a14c19a694236e3daa5.pdf]) определяют фильтр, характеристики которого соответствуют скорости передачи информационных сообщений и включают его в приемный тракт в блоке 27 путем управления мультиплексором фильтров (69, фиг. 7) имеющим вход от усилителя (68, фиг. 7), выходы на каждый из N фильтров блока фильтров (70, фиг. 7), и управляющий вход от анализатора А (73, фиг. 7).
В блоке 28 фиг. 2 восстанавливают передаваемый абонентский сигнал в соответствии со значением частоты дискретизации на текущем временном интервале, считанной из заголовка первого пакета временного интервала в блоке 25 фиг. 2.
Данное действие можно реализовать следующим образом: поступающие с помехоустойчивого декодера 2 (72, фиг. 7) пакеты информационного сообщения в абонентском устройстве корреспондента 2 (абонента) (51, фиг. 7) декодируют в декодере пакетов 1 (74, фиг. 7); полученный цифровой сигнал подают на цифро-аналоговый преобразователь ЦАП (75, фиг. 7), который работает с тактовой частотой, задаваемой тактовым генератором ТГ (57, фиг. 7), приведенной к считанной из заголовка первого пакета временного интервала частоте дискретизации путем управляющего воздействия анализатора А (73, фиг. 7) на делитель с переменной частотой деления (60, фиг. 7), включенного между тактовым генератором и цифро-аналоговым преобразователем. Восстановленный аналоговый сигнал подают на полосовой фильтр (53, фиг. 7) (для исключения шумов, не принадлежащих полосе частот данного вида сигналов) с дальнейшим усилением в усилителе (76, фиг. 7) до уровня, необходимого для его воспроизведения абоненту (корреспонденту 2) в преобразователе (77, фиг. 7).
В блоке 29 проверяют, все ли пакеты информационных сообщений приняты (для реализации этой процедуры последний пакет в информационного обмена может сопровождаться соответствующей меткой). Если не все пакеты приняты, то в блоке 30 принимают tꞌ=tꞌ+Δt и переходят к их приему на следующем временном интервале дискретизации. Если все пакеты приняты, то заканчивают прием.
С целью повышения достоверности и полноты передачи абонентских сигналов по линиям связи с отказами дополнительно выполняют действия 31-46 фиг. 3.
В блоке 31 фиг. 3 дополнительно задают:
– время актуальности информационных сообщений, определяемое потребностями абонентов (корреспондентов), их требованиями к своевременности информационного обмена.
В блоке 32 фиг. 3 проверяют работоспособность линии связи. Работоспособность можно проверять с периодичностью ∆t или с другой, отдельно задаваемой, периодичностью. Данное действие можно реализовать в контроллере передатчика К (79, фиг. 8).
Если линия связи неработоспособна, то в блоке 33 фиг. 3 записывают сформированные информационные сообщения. Данное действие можно реализовать путем записи информационного сообщение в память П2 передатчика (78, фиг. 8).
В блоке 34 фиг. 3 проверяют, новый ли это отказ или продолжается возникший ранее. Если отказ новый, то в блоке 35 запоминают время отказа в постоянном запоминающем устройстве. Если продолжается возникший ранее отказ, то в блоке 36, с заданным периодом проверяют актуальность сохраненных информационных сообщений путем сопоставления истекшего времени их хранения в памяти с заданным в блоке 31 временем актуальности. Актуальность можно проверять с периодичностью ∆t или с другой, отдельно задаваемой, периодичностью.
Если время актуальности истекло, то в блоке 37 фиг. 3 удаляют из памяти информационные сообщения с превышенным временем актуальности и переходят к блоку 21.
Если по условию блока 32 фиг. 3 линия связи работоспособна, то в блоке 38 проверяют, есть ли сохраненные информационные сообщения.
Если сохраненных информационных сообщений нет, то переходят к блоку 21 фиг. 3.
Если сохраненные информационные сообщения есть, то в блоке 39 фиг. 3 определяют остаточный ресурс выбранной скорости передачи линии связи путем нахождения разности между выбранной скоростью передачи линии связи и скоростью передачи информационных сообщений, преобразованных из абонентских сигналов, формируемых им на текущем временном интервале.
В блоке 40 фиг. 3 передают текущие информационные сообщения и сохраненные информационные сообщения за счет использования остаточного ресурса выбранной скорости передачи линии связи с отметкой об общей скорости передачи информационных сообщений.
Данное действие можно реализовать следующим образом. Текущие информационные сообщения передаются в порядке, описанном для фиг. 1, а сохраненные информационные сообщения передаются за счет использования остаточного ресурса выбранной скорости передачи линии связи. При этом контроллером передатчика К (79, фиг. 8) от анализатора сигналов АС (59, фиг. 8) принимаются данные о частоте дискретизации текущих абонентских сигналов, по которой вычисляется скорость передачи текущих информационных сообщений; далее вычисляется скорость подачи сохраненных данных в кодер 2 (64, фиг. 8) и подается управляющее воздействие на запоминающее устройство П2 передатчика (78, фиг. 8), определяющее скорость и порядок (в соответствии с временными метками пакетов) считывания сохраненных пакетов информационных сообщений для их ввода в кодер 2 (64, фиг. 8).
На приемной стороне в блоке 41 фиг. 4 проверяют, есть ли в принимаемых сообщениях пакеты информационных сообщений, сохраненных на передающей стороне.
Данное действие можно реализовать следующим образом: заголовки восстановленных декодером 2 (72, фиг. 8) пакетов считываются анализатором А (73, фиг. 8). Анализируя временные метки пакетов, выявляют информационные сообщения, сохраненные на передающей стороне до их передачи при отказе линии связи.
Если сохраненных на передающей стороне информационных сообщений нет, то переходят к блоку 25.
Если есть сохраненные на передающей стороне информационные сообщения, то входящие с декодера 2 (72, фиг. 8) информационные сообщения сохраняют в запоминающем устройстве П2 (80, фиг. 8) абонентского устройства путем подачи управляющего воздействия от анализатора А (73, фиг. 8) на декодер 2 (72, фиг. 8).
В блоке 42 фиг. 4 считывают данные об общей скорости передачи информационных сообщений на текущем временном интервале, по которой в блоке 43 в анализаторе А (73, фиг. 8) определяют фильтр, характеристики которого соответствуют скорости передачи информационных сообщений и включают его в приемный тракт в блоке 44 путем управления мультиплексором фильтров (69, фиг. 8), имеющим вход от усилителя (68, фиг. 8), выходы на каждый из N фильтров блока фильтров (70, фиг. 8), и управляющий вход от анализатора А (73, фиг. 8).
В блоке 45 фиг. 4 считывают из заголовка первых пакетов текущих информационных сообщений и сохраненных на передаче информационных сообщений данные о частоте дискретизации их абонентских сигналов и запоминают их в запоминающем устройстве П2 (80, фиг. 8).
В блоке 46 фиг. 4 устанавливают порядок восстановления абонентских сигналов с учетом присвоенных временных меток пакетам информационных сообщений с последующим восстановлением в установленном порядке.
Данное действие можно реализовать следующим образом: анализатором приемника А (73, фиг. 8) подается управляющее воздействие на запоминающее устройство П2 абонентского устройства корреспондента 2 (80, фиг. 8) на считывание сохраненных в нем информационных сообщений для их ввода в декодер 1 (74, фиг. 8) в установленном порядке (в соответствии с временными метками пакетов), при этом, при восстановлении абонентских сигналов каждого временного интервала, на делитель с переменной частотой деления (60, фиг. 8) подают управляющее воздействие в соответствии со значением частоты дискретизации для каждого временного интервала.
Таким образом, за счет адаптивного регулирования скорости передачи абонентских сигналов в информационном направлении в пределах выбранной скорости передачи линии связи в соответствии с отношением сигнал/шум обеспечивается повышение достоверности передачи абонентских сигналов и формирование остаточного ресурса скорости передачи (пропускной способности) линии связи. В рассмотренном случае адаптация заключается в поинтервальном изменении частоты дискретизации источника исходного сигнала (абонента) в соответствии с верхней частотой изменения модулируемого параметра сигнала. Технический результат достигнут.
1. Способ передачи абонентских сигналов с адаптивной ступенчатой дискретизацией по линии связи с отказами, работающей на выбранной скорости передачи, заключающийся в том, что задают градации полосы пропускания приемного тракта в соответствии с номиналами допустимых скоростей передачи для линии связи, измеряют уровень шума на приемной стороне линии связи и рассчитывают его спектральную плотность мощности, принимают переданный тестовый сигнал с минимально допустимой для линии связи скоростью передачи, измеряют уровень мощности тестового сигнала с шумом и рассчитывают значение отношения мощности тестового сигнала к спектральной плотности мощности шума, передают рассчитанное значение на передающую сторону линии связи на минимально допустимой скорости передачи, вычисляют пропускную способность линии связи в соответствии с значением отношения мощности тестового сигнала к спектральной плотности мощности шума и устанавливают ближайшую меньшую из допустимых скорость передачи линии связи, устанавливают градацию полосы пропускания приемного тракта в соответствии с установленной скоростью передачи, передают информационные сообщения в виде пакетов, принимают переданный сигнал информационного сообщения в виде пакетов, отличающийся тем, что дополнительно задают характеристики фильтров, соответствующие градациям полос пропускания приемного тракта, градации частот дискретизации абонентских сигналов в соответствии с номиналами допустимых скоростей передачи для линии связи, временной интервал определения частоты дискретизации абонентских сигналов, для формирования пакетов на передающей стороне на каждом временном интервале определения частоты дискретизации абонентских сигналов записывают абонентский сигнал в память, оценивают верхнюю частоту изменения модулируемого параметра сигнала на заданном временном интервале, относительно которой определяют ближайшую большую частоту дискретизации из заданных градаций, дискретизируют модулируемый параметр абонентского сигнала с последующем квантованием, формируют пакеты информационного сообщения с присвоением временной метки, при этом в заголовок первого пакета временного интервала записывают данные о частоте дискретизации и скорости передачи информационных сообщений, на приемной стороне на каждом временном интервале считывают из заголовка первого пакета данные о частоте дискретизации абонентских сигналов и скорости передачи информационных сообщений на текущем временном интервале, определяют фильтр, характеристики которого соответствуют скорости передачи информационных сообщений, и включают его в приемный тракт, восстанавливают передаваемый абонентский сигнал в соответствии со значением частоты дискретизации на текущем временном интервале.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при возникновении отказа в линии связи дополнительно задают время актуальности информационных сообщений, записывают сформированные информационные сообщения в память, запоминают время отказа, с заданным периодом проверяют актуальность сохраненных информационных сообщений, удаляют из памяти информационные сообщения с превышенным временем актуальности, при восстановлении линии связи передают сохраненные информационные сообщения за счет использования остаточного ресурса выбранной скорости передачи линии связи, который определяют на каждом временном интервале как разность между выбранной скоростью передачи линии связи и скоростью передачи текущих информационных сообщений, поступающих от абонента, на приемной стороне восстанавливают абонентский сигнал с учетом присвоенных временных меток пакетам информационных сообщений.
