RU2233007C1

RU2233007C1 - Method for data transfer by fibonacci p-codes over multibeam dissipation channels

Info

Publication number: RU2233007C1
Application number: RU2003116207/09A
Authority: RU
Inventors: Г.Ф. Провоторов (RU); Г.Ф. Провоторов; А.С. Щеголеватых (RU); А.С. Щеголеватых
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие "Воронежский научно-исследовательский институт связи"
Priority date: 2003-06-02
Filing date: 2003-06-02
Publication date: 2004-07-20

Abstract

FIELD: radio communications.

SUBSTANCE: proposed method for sequential data transfer over multibeam dissipation and dispersion channels at data transfer speed higher by

times compared with transfer speed of positional binary code byte involves use of Fibonacci p-code in which p parameter is integer part of product of maximal signal propagation time by channel passband width.

EFFECT: enhanced data transfer speed.

1 cl

Description

Изобретение относится к технике радиосвязи и может использоваться в системах последовательной передачи двоичных кодов по каналам с рассеянием и дисперсией.The invention relates to techniques for radio communications and can be used in serial transmission of binary codes on channels with dispersion and dispersion.

В технике кодирования преобладают позиционные системы отображения информации. Однако во многих случаях выгоднее бывает использовать другие системы счисления. В качестве примера достаточно привести систему остаточных классов (Акушский И.Я., Юдицкий Д.И. Машинная арифметика в остаточных классах. М.: Сов. радио, 1968, 440с.), него-позиционные системы счисления, факториальные, с мнимым основанием и др. (Касаткин В.Н. Новое о системах счисления. Киев: Вища школа, 1982, 92с.). Системы счисления с иррациональным основанием (р-коды Фибоначчи и коды золотой р-пропорции (Стахов А.П. Коды золотой пропорции. М.: Радио и связь, 1984, 152с.)) занимают промежуточное положение между унитарной и позиционной двоичной системой счисления. Особенностями иррациональных систем счисления являются: 1) двоичные, т.е. использующие две цифры - 0 и 1, 2) позиционные системы счисления, сохраняющие все их известные преимущества (простота сравнения чисел по величине, простота арифметических операций, возможность представления чисел с фиксированной и плавающей запятой, однородность и итеративность реализующих арифметику структур и др.); 3) указанные системы обладают избыточностью, которая может использоваться для контроля ошибок при передаче информации и синхронизации) (см. а.с. СССР №№842782, 842786 по классу G 06 F).The coding technique is dominated by positional information display systems. However, in many cases it is more advantageous to use other number systems. As an example, it suffices to cite a system of residual classes (Akushsky I.Ya., Yuditsky DI Machine arithmetic in residual classes. M: Sov. Radio, 1968, 440s.), Non-positional number systems, factorial, with imaginary basis and others (Kasatkin V.N. New about number systems. Kiev: Vishcha school, 1982, 92с.). Number systems with an irrational basis (Fibonacci p-codes and golden p-proportion codes (Stakhov A.P. Codes of the golden proportion. M: Radio and communication, 1984, 152с.)) Occupy an intermediate position between the unitary and positional binary number system. Features of irrational number systems are: 1) binary, i.e. using two digits - 0 and 1, 2) positional number systems that preserve all their known advantages (simplicity of comparing numbers in magnitude, simplicity of arithmetic operations, the ability to represent numbers with fixed and floating point, uniformity and iteration of structures that implement arithmetic, etc.); 3) these systems have redundancy, which can be used to control errors in the transmission of information and synchronization) (see AS USSR No. 842782, 842786 for class G 06 F).

Перспективным является использование р-кодов Фибоначчи для увеличения скорости передачи информации по каналам связи. Р-коды Фибоначчи обладают естественной избыточностью (см. книгу Стахова А.П. Коды золотой пропорции. М.: Радио и связь, 1984, 152с.). Избыточность обычно приводит к уменьшению скорости передачи информации (см. Андронов И.С., Финк Л.М. Передача дискретных сообщений по параллельным каналам. М.: Сов. Радио, 408с.). Поэтому для увеличения скорости передачи информации используют различные методы борьбы с избыточностью (см. заявку №2001103038 по классу G 08 C 19/28 “Кодоимпульсное устройство с сокращением избыточности информации”). Скорость передачи информации также ограничена в каналах с многолучевой структурой поля и расплыванием фронтов импульсной посылки за счет дисперсионнных свойств атмосферы.It is promising to use Fibonacci p-codes to increase the speed of information transfer through communication channels. Fibonacci R codes have a natural redundancy (see AP Stakhov's book, Codes of the Golden Ratio. M: Radio and Communication, 1984, 152 pp.). Redundancy usually leads to a decrease in the speed of information transfer (see Andronov I.S., Fink L.M. Transmission of discrete messages on parallel channels. M: Sov. Radio, 408s.). Therefore, to increase the speed of information transfer, various methods of dealing with redundancy are used (see application No. 2001103038 in class G 08 C 19/28 “Code-pulse device with reducing information redundancy”). The information transfer rate is also limited in channels with a multipath field structure and the spreading of the edges of the pulse transmission due to the dispersion properties of the atmosphere.

Искажения длительности импульсов за счет многолучевости появляется в тех случаях, когда длительность импульса τ_и соизмерима с временем запаздывания Δt₃ волн, формирующих сигнал. При всех видах манипуляции временные искажения зависят от соотношения фаз и амплитуд волн, формирующих сигнал. Учитывая статистические характеристики ионосферы (или тропосферы для тропосферного рассеяния), можно считать, что сдвиг фаз между отдельными волнами может равновероятно принимать любые значения в пределах от 0 до 360°. Корреляция амплитудных флуктуаций менее очевидна (Черенкова Е.Л., Чернышев О.В. Распространение радиоволн. М.: Радио и связь, 1984, 272с.). Однако расчеты показывают, что если амплитуды отдельных волн соизмеримы по среднему значению, то даже при полном отсутствии корреляции между их случайными изменениями вероятность временных искажений остается недопустимо высокой.Pulse duration distortion due to multipath appears in those cases where the pulse duration τ _and commensurate with the time delay Δt _3, the waves forming the signal. For all types of manipulation, temporary distortions depend on the ratio of phases and amplitudes of the waves that form the signal. Given the statistical characteristics of the ionosphere (or troposphere for tropospheric scattering), we can assume that the phase shift between the individual waves can equally likely take any values ranging from 0 to 360 °. The correlation of amplitude fluctuations is less obvious (Cherenkova E.L., Chernyshev O.V. Propagation of radio waves. M: Radio and communication, 1984, 272 p.). However, calculations show that if the amplitudes of individual waves are commensurate in average value, then even with the complete absence of correlation between their random changes, the probability of temporary distortions remains unacceptably high.

Минимальное время запаздывания Δt₃=Δt_max в коротковолновых каналах обычно составляет 1,5 мс. Если принять, что исправляющая способность аппаратуры равна 40%, то минимально допустимые длительности должны быть в 2,5 раза больше указанного значения Δt_max, т.е. составлять 3,75 мс. Для передачи одного байта информации потребуется минимум 30 мс. С другой стороны, для передачи по каналу связи с полосой Δf_П=30 кГц одного импульса прямоугольной формы достаточно 33 мкс. Поэтому длительность передаваемого импульса оказывается примерно на два порядка больше, чем минимально возможная.The minimum delay time Δt ₃ = Δt _max in the short-wavelength channels is usually 1.5 ms. If we assume that the correcting ability of the equipment is 40%, then the minimum allowable durations should be 2.5 times the specified value Δt _max , i.e. be 3.75 ms. To transfer one byte of information will require a minimum of 30 ms. On the other hand, for the transmission through a communication channel with a band Δf _P = 30 kHz of one rectangular pulse, 33 μs is sufficient. Therefore, the duration of the transmitted pulse is approximately two orders of magnitude longer than the minimum possible.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ, описанный в а.с. СССР №1562948 А1 “Способ последовательной передачи и приема цифровой информации и устройство его осуществления” по классу G 08 C 19/24, Н 03 Н 7/22, опубл. 07.05.90, БИ №17, принятый за прототип.Closest to the technical nature of the proposed is the method described in A.S. USSR No. 1562948 A1 “Method for the sequential transmission and reception of digital information and a device for its implementation” according to class G 08 C 19/24, H 03 H 7/22, publ. 05/07/90, BI No. 17, adopted as a prototype.

В способе-прототипе исходную двоичную комбинацию, состоящую из единичных и нулевых импульсов, преобразуют в интервально-импульсную последовательность сигналов таким образом, что единичному и нулевому импульсам исходного сигнала соответствуют временные интервалы между единичными прямоугольными импульсами произвольной длительности T₁, интервально-импульсной последовательности сигналов произвольной длительности Т₂ и Т₃ соответственно, причем Т₃>(0,5T₁+Т₂), восстановление кодовой последовательности единичных и нулевых сигналов осуществляют стробированием принимаемой интервально-импульсной последовательности сигналов в моменты времени, отстоящие от заднего фронта каждого принимаемого прямоугольного импульса интервально-импульсной последовательности на временной интервал, равный (0,5T₁+Т₂) и, если в момент стробирования принимаемая последовательность имеет единичный импульс, то формируют единичный импульсный сигнал исходной кодовой последовательности единичных и нулевых импульсных сигналов, если в момент стробирования принимаемая последовательность имеет нулевой импульс, то формируют нулевой сигнал исходной последовательности двоичного кода.In the prototype method, the initial binary combination consisting of single and zero pulses is converted into an interval-pulse sequence of signals in such a way that single and zero pulses of the initial signal correspond to time intervals between single rectangular pulses of arbitrary duration T ₁ , an interval-pulse sequence of signals of arbitrary duration T ₂ and T _3, respectively, wherein T _3> (0,5T ₁ + T _2), the restoration unit code sequence and zero signals impl stvlyayut gating pulse interval of the received signal sequence at time points spaced from the trailing edge of each received pulse interval of the rectangular-pulse sequence by a time interval equal to (0,5T ₁ + T ₂₎ and, if at the moment of sampling the received sequence has a single pulse, then form a single pulse signal of the original code sequence of single and zero pulse signals, if at the time of gating the received sequence has n left pulse, the zero signal form of the original binary sequence.

Способ-прототип, основанный на преобразовании двоичного позиционного кода в интервально-импульсную последовательность, используется для передачи информации по многолучевым каналам с рассеянием.The prototype method, based on the conversion of a binary positional code into an interval-pulse sequence, is used to transmit information through multipath channels with scattering.

Отметим, что в случае интервально-импульсной модуляции отсутствует необходимость в синхронизации приемопередающей аппаратуры, а средняя частота стробирования передаваемого сигнала выше, чем при использовании, например, позиционно-импульсной модуляции. При этом между импульсами имеются “пустые” интервалы, которые могут использоваться для компенсации запаздывания Δt₃ (фиг.1).Note that in the case of interval-pulse modulation there is no need for synchronization of the transceiver equipment, and the average sampling frequency of the transmitted signal is higher than when using, for example, position-pulse modulation. Moreover, between the pulses there are “empty” intervals that can be used to compensate for the delay Δt ₃ (figure 1).

Недостатком способа-прототипа является малая скорость передачи информации по многолучевым каналам.The disadvantage of the prototype method is the low speed of information transmission through multipath channels.

Для обеспечения большей скорости передачи информации по многолучевым каналам предлагается более быстрый способ передачи информации, заключающийся в последовательной передаче с передающей стороны на приемную двоичных сигналов р-кодами Фибоначчи в минимальной форме.To ensure a higher speed of information transmission over multipath channels, a faster method of transmitting information is proposed, which consists in sequential transmission of binary signals from the transmitting side to the receiver with p-Fibonacci codes in minimal form.

Для устранения указанного недостатка в способе передачи информации по многолучевым каналам с рассеянием, согласно изобретению, передачу осуществляют с использованием p-кода Фибоначчи, в котором параметр р представляет собой целую часть от произведения максимального времени запаздывания распространения сигнала на ширину полосы пропускания канала.To eliminate this drawback in the method of transmitting information over multipath channels with scattering, according to the invention, the transmission is carried out using a Fibonacci p-code, in which the parameter p represents the integer part of the product of the maximum propagation delay time of the signal by the channel bandwidth.

Обозначая через [Х] наибольшее целое число, не превосходящее X, получим:Denoting by [X] the largest integer not exceeding X, we obtain:

Полученное в формуле (1) целое число П численно равняется в р-коде Фибоначчи числу р.The integer P obtained in formula (1) is numerically equal to the number p in the Fibonacci p-code.

Полную длину р-кода Фибоначчи L можно найти по эмпирической формуле, предложенной авторами:The full length of the Fibonacci p-code L can be found by the empirical formula proposed by the authors:

Погрешность последней формулы не превосходит ±1 наименьшего разряда представления числа в р-коде Фибоначчи. Выигрыш B в скорости передачи р-кода Фибоначчи по сравнению с одним байтом позиционного двоичного кода определяется по формуле:The error of the last formula does not exceed ± 1 of the smallest bit of the representation of the number in the Fibonacci p-code. The gain B in the transmission rate of the Fibonacci p-code compared to one byte of the positional binary code is determined by the formula:

Используя формулы (1)-(3), полученные авторами, можно определить параметры передаваемого р-кода и получаемый при этом выигрыш В.Using formulas (1) - (3) obtained by the authors, it is possible to determine the parameters of the transmitted p-code and the resulting win B.

Например, если Δt_max=3,5 мс, Δf_П=30 кГц, то, исходя из формулы (1), получим П=р=112. Длина р-кода Фибоначчи при этом будет, согласно формуле (2): L=10+3·р=346.For example, if Δt _max = 3.5 ms, Δf _P = 30 kHz, then, based on formula (1), we obtain P = p = 112. The length of the Fibonacci p-code will be, according to the formula (2): L = 10 + 3 · p = 346.

Выигрыш в скорости передачи будет В=2,6. Т.е. в 2,6 раза скорость передачи информации р-кодом Фибоначчи будет выше, чем позиционного двоичного кода, у которых значения Δt_max одинаковы и равны 3,5 мс.The gain in transmission speed will be B = 2.6. Those. 2.6 times the information transfer rate with the Fibonacci p-code will be higher than the positional binary code, for which the Δt _max values are the same and equal to 3.5 ms.

Как видно из формулы (3), выигрыш при малых значениях р получается меньше, чем при больших. Для p=1 скорость передачи р-кодами Фибоначчи оказывается меньше, чем для позиционного двоичного кода. При р=2 отношение (3) равно единице, т.е. эффективность р-кода Фибоначчи и позиционного двоичного кода одинакова. Для больших значений р получается выигрыш в скорости передачи информации р-кодами Фибоначчи.As can be seen from formula (3), the gain for small values of p is less than for large ones. For p = 1, the transmission rate with p-Fibonacci codes is lower than for a positional binary code. For p = 2, relation (3) is equal to unity, i.e. the efficiency of the Fibonacci p-code and positional binary code is the same. For large p-values, a gain is obtained in the information transfer rate with p-Fibonacci codes.

Реализовать предложенный способ можно с помощью устройства, приведенного на фиг.2.Implement the proposed method can be using the device shown in figure 2.

Устройство содержит процессор 1 счетно-решающего блока, универсальный регистр 2, соединенный с процессором 1 двунаправленными шинами данных 3 и шинами управления 4, тактовый генератор 5, соединенный с первым входом элемента 6, являющимся логической схемой И, а второй вход элемента 6 соединен с шиной процессора 1, выход элемента 6 соединен с тактовым входом универсального регистра 2, последовательный выход которого соединен с передатчиком 7, а последовательный вход универсального регистра 2 соединен с приемным устройством 8.The device comprises a processor 1 of a computing-decisive block, a universal register 2 connected to the processor 1 by bidirectional data buses 3 and control buses 4, a clock generator 5 connected to the first input of element 6, which is logic circuit I, and the second input of element 6 is connected to the bus processor 1, the output of element 6 is connected to the clock input of the universal register 2, the serial output of which is connected to the transmitter 7, and the serial input of the universal register 2 is connected to the receiver 8.

Устройство передачи и приема р-кода Фибоначчи (фиг.2) работает следующим образом.The device for transmitting and receiving p-Fibonacci code (figure 2) works as follows.

Для передачи р-кода Фибоначчи в процессоре 1 счетно-решающего блока формируется р-код Фибоначчи, который через двунаправленную шину данных 3 записывается в параллельном коде в универсальный регистр 2. В это время на втором входе элемента 6 устанавливается низкий потенциал, запрещающий прохождение импульсов тактового генератора 5 на тактовый вход универсального регистра 2. После записи р-кода Фибоначчи в универсальный регистр 2 потенциал на втором входе элемента 6 становится высоким, а на выходе элемента 6 появляются импульсы, подключаемые к тактовому входу универсального регистра 2. В результате на последовательном выходе универсального регистра 2 формируется импульсная последовательность, соответствующая передаваемому р-коду Фибоначчи. С помощью передатчика 7 указанная последовательность излучается в эфир. После окончания передачи р-кода Фибоначчи на втором входе элемента 6 устанавливается низкий потенциал и универсальный регистр 2 перестает осуществлять сдвиг записанной информации.To transmit the Fibonacci p-code, a Fibonacci p-code is generated in the processor 1 of the counting-decisive block, which is written in parallel code to the universal register 2 through the bi-directional data bus 3. At this time, a low potential is set at the second input of element 6, which prohibits the passage of clock pulses generator 5 to the clock input of universal register 2. After writing the Fibonacci p-code to universal register 2, the potential at the second input of element 6 becomes high, and pulses connected to the output of element 6 appear the clock input of the universal register 2. As a result, a pulse sequence corresponding to the transmitted Fibonacci r-code is generated at the serial output of the universal register 2. Using the transmitter 7, this sequence is broadcasted. After the transfer of the Fibonacci p-code at the second input of element 6, the low potential is established and the universal register 2 ceases to shift the recorded information.

Прием р-кода Фибоначчи осуществляется в следующем порядке. Принятый из эфира сигнал в приемном устройстве 8 приобретает форму последовательности импульсов, которые поступают на последовательный вход универсального регистра 2. С началом приема на втором входе элемента 6 потенциал становится высоким, а на выходе элемента 6 появляются импульсы, подаваемые на тактовый вход универсального регистра 2. В результате в универсальном регистре 2 устанавливается принятый р-код Фибоначчи. Затем подается сигнал по шинам управления 4 на переписку кода, установленного в универсальном регистре 2 по адресным шинам 3 в процессор 1. В процессоре 1 р-код Фибоначчи преобразуется в позиционный двоичный код и производятся другие математические операции с принятым кодом.Reception of the Fibonacci p-code is carried out in the following order. The signal received from the ether in the receiving device 8 takes the form of a sequence of pulses that are fed to the serial input of the universal register 2. With the start of reception at the second input of the element 6, the potential becomes high, and the pulses supplied to the clock input of the universal register 2 appear at the output of the element 6. As a result, the adopted Fibonacci p-code is set in universal register 2. Then, a signal is sent via control buses 4 to the correspondence of the code set in universal register 2 by address buses 3 to processor 1. In processor 1, the Fibonacci p-code is converted to a positional binary code and other mathematical operations are performed with the received code.

Помимо передачи двоичной информации по многолучевым каналам с рассеянием, предложенный способ может использоваться в радиолокации.In addition to transmitting binary information over multipath channels with scattering, the proposed method can be used in radar.

В прототипе для передачи информации по многолучевым каналам с рассеянием, например, байта исходного позиционного двоичного кода используется 8 позиций, что требует для формирования кода не менее 8Δt₃тактовых интервалов.In the prototype, for transmitting information over multipath channels with scattering, for example, a byte of the initial positional binary code, 8 positions are used, which requires at least 8Δt ₃ clock intervals for generating the code.

Предлагаемый способ позволяет значительно увеличить скорость передачи информации, получив выигрыш согласно заявляемой формуле.The proposed method can significantly increase the speed of information transfer, having received a gain according to the claimed formula.

Таким образом, предлагается более быстрый способ передачи информации, основанный на применении p-кодов Фибоначчи в минимальной форме.Thus, a faster method of transmitting information based on the use of p-Fibonacci codes in a minimal form is proposed.

Claims

A method of transmitting information over scattered multipath channels, characterized in that the transmission is carried out using a Fibonacci p-code, in which the parameter p represents the integer part of the product of the maximum propagation delay time of the signal by the channel bandwidth.