Способ и устройство передачи цифровой информации

008528 Изобретение относится к способу и устройству передачи цифровой информации. Настоящее устройство найдет применение в системах связи, образуемых пучками электромагнитных волн, в частности в каналах оптоволоконной связи. По мнению заявителя наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому изобретению техническим решением (прототипом) является способ корреляционного уплотнения оптических линий связи, раскрытый в патентной заявке Российской Федерации 2000105368. Данный способ корреляционного уплотнения оптических линий связи по сути своей заключается в том, что оптическая линия связи уплотняется большим количеством сигналов, причем способ включает формирование из излучения каждого источника отдельного светового пучка, модуляцию каждым из сигналов отдельного светового пучка, объединение многих модулированных пучков в один комбинированный пучок и ввод его в волокно-оптическую линию связи при передаче и фотодетектирование света на приеме, и согласно данному техническому решению при передаче в качестве источников света используют источники с одинаковым спектром длин волн, световой пучок от каждого источника разделяют на несколько пучков, как минимум часть одного из которых вводят в волокно в виде светового пучка с постоянной во времени интенсивностью, а другие, предназначенные для модуляции сигналами, подвергают временной задержке так, что длина оптического пути от светоделителя до входа в световолокно одного пучка отличается от длины оптического пути от светоделителя до входа в световолокно любого другого вводимого в световолокно пучка на величину, превышающую длину когерентности источника света, а для выделения конкретного сигнала на приеме световой пучок разделяют на два пучка, в один из которых вводят дополнительную задержку, равную величине задержки между модулированным нужным сигналом световым пучком и световым пучком с постоянной интенсивностью, после чего оба пучка объединяют в один пучок, а их интерференцию регистрируют. Однако способ, принятый в качестве прототипа, имеет следующие недостатки. 1. Усложнена демодуляция светового пучка, поскольку необходимо регистрировать интерференцию пучков. 2. Уплотнение канала связи каждым отдельным модулированным сигналом требует формирования отдельного канала формирования задержки. 3. Количество уплотненных указанным образом сигналов не может быть достаточно большим и линейно зависит от длины волны и точности демодулирующего интерферометра. В основу настоящего изобретения положена задача повышения скорости передачи информации в каналах электромагнитной связи посредством способа передачи информации, лишенного недостатков прототипа. Эта задача решена посредством способа передачи цифровой информации, предусматривающего:(а) модуляцию потока электромагнитных волн, заключающуюся в том, что от источника электромагнитных волн создают поток электромагнитных волн, по меньшей мере часть которого направляют на прозрачную в диапазоне упомянутых электромагнитных волн матрицу-передатчик, способную изменять по меньшей мере на части своей поверхности свои свойства проницаемости в зависимости от содержания подаваемой на не цифровой информации, при этом из исходной цифровой информации, генерируемой отправителем информации, создают поток, содержащий n-мерные коды, структурированные для кодирования матричным кодом, который подают на упомянутую матрицу-передатчик, за счет чего в матрице-передатчике изменяют проницаемость в зависимости от содержания цифровой информации и осуществляют пространственную модуляцию проходящего через матрицу-передатчик потока электромагнитных волн, в результате чего из матрицы-передатчика выходит модулированный поток электромагнитных волн, и(б) демодуляцию цифровой информации, заключающуюся в том, что модулированный поток электромагнитных волн подают на матрицу-приемник, при помощи которой измеряют параметры потока электромагнитных волн в каждой точке матрицы-приемника, далее результаты измерений переводят в цифровую форму, получая матричный код, который декодируют и передают получателю информации. Благодаря использованию заявляемого способа передачи информации существенно повышается скорость передачи информации в канале связи, а именно в n2 раз при использовании n-мерного кода, т.е.,например, при n=10 в 100 раз. Такой результат достигнут за счет того, что вместо одного модулированного потока электромагнитных волн, как это было указано в прототипе и как это в настоящее время реализуется в большинстве действующих систем оптоволоконной связи, используется n2 независимых параллельных модулированных потоков. Кроме этого, упрощается также процесс демодуляции, сводящийся к распознанию матричного кода. Другими словами, максимально упрощена демодуляция светового пучка, поскольку нет необходимости регистрировать интерференцию пучков и демодуляция сводится к простому распознанию матричного кода. Кроме этого, уплотнение канала связи в каждом отдельном модулированном потоке не требует формирования отдельного канала задержки, и количество уплотненных указанным образом сигналов может быть достаточно большим и квадратично зависит от числа поданных модулированных потоков электромагнитных волн.-1 008528 Другой задачей настоящего изобретения является создание устройства, реализующего вышеуказанный способ передачи цифровой информации. Эта задача решена посредством устройства передачи цифровой информации, содержащего источник потока электромагнитных волн; источник потока исходной цифровой информации от отправителя информации, содержащего nмерные коды, структурированные для кодирования матричным кодом; прозрачную в диапазоне упомянутых электромагнитных волн матрицу-передатчик, установленную в зоне распространения упомянутого потока электромагнитных волн, способную изменять, по меньшей мере на части своей поверхности, свои свойства проницаемости в зависимости от содержания подаваемой на не цифровой информации и, таким образом, модулировать проходящий через не поток электромагнитных волн, который подают на выход матрицы-передатчика; канал связи, вход которого сообщен с выходом матрицы-передатчика; матрицу-приемник, вход которой сообщен с выходом канала связи для передачи модулированного потока электромагнитных волн, и способную измерять параметры потока электромагнитных волн в каждой точке своей поверхности и переводить результаты измерений в цифровую форму с получением матричного кода, который подают на выход матрицы-приемника; блок декодирования матричного кода, вход которого сообщен с выходом упомянутой матрицыприемника, а выход которого сообщен с получателем цифровой информации. В реальных системах связи было бы целесообразно разделить процедуру передачи и приема информации, в частности для реализации процедур циркулярной связи, при которых существуют один передатчик информации и множество примников информации. В такой системе циркулярной связи было бы целесообразно отдельно осуществлять отсылку информации, сопровождающуюся осуществлением способа модуляции потока электромагнитных волн, заключающегося в том, что от источника электромагнитных волн создают поток электромагнитных волн, по меньшей мере часть которого направляют на прозрачную в диапазоне упомянутых электромагнитных волн матрицу-передатчик, способную изменять по меньшей мере на части своей поверхности свои свойства проницаемости в зависимости от содержания подаваемой на не цифровой информации, при этом из исходной цифровой информации, генерируемой отправителем информации, создают поток, содержащий n-мерные коды, структурированные для кодирования матричным кодом, который подают на упомянутую матрицу-передатчик, за счет чего в матрице-передатчике изменяют проницаемость в зависимости от содержания цифровой информации и осуществляют пространственную модуляцию проходящего через матрицу-передатчик потока электромагнитных волн, в результате чего из матрицы-передатчика выходит модулированный поток электромагнитных волн; и отдельно осуществлять прием информации, сопровождающийся осуществлением способа демодуляции цифровой информации, модулированной согласно вышеупомянутому способу модуляции, заключающегося в том, что модулированный поток электромагнитных волн подают на матрицу-приемник, при помощи которой измеряют параметры потока электромагнитных волн в каждой точке матрицы-приемника, далее результаты измерений переводят в цифровую форму, получая матричный код, который декодируют и передают получателю информации. При этом необходимо учитывать, что отправка и прием информации может осуществляться разными лицами с использованием канала связи, принадлежащего третьему лицу, другими словами модуляция и демодуляция цифровой информации, осуществляемые согласно настоящему изобретению, это процессы не только разнесенные во времени и пространстве, но и, возможно, осуществляемые разными лицами. Было бы целесообразно при реализации способа модуляции потока электромагнитных волн использовать электромагнитные волны невидимого диапазона, например инфракрасного диапазона, поскольку в ряде случаев эти волны распространяются лучше и не создают визуальных помех зрительному восприятию. Еще одной задачей настоящего изобретения является создание средства, реализующего вышеуказанный способ модуляции потока электромагнитных волн. Эта задача решена посредством средства модуляции цифровой информации, содержащего источник потока электромагнитных волн; источник потока исходной цифровой информации от отправителя информации, содержащего nмерные коды, структурированные для кодирования матричным кодом; прозрачную в диапазоне упомянутых электромагнитных волн матрицу-передатчик, установленную в зоне распространения упомянутого потока электромагнитных волн, способную изменять, по меньшей мере на части своей поверхности, свои свойства проницаемости в зависимости от содержания подаваемой на не цифровой информации и, таким образом, модулировать проходящий через не поток электромагнитных волн. Было бы целесообразно, чтобы средство модуляции цифровой информации содержало бы матрицупередатчик, имеющую форму круга. Это связано с тем, что современные оптоволоконные каналы связи имеют в поперечном сечении форму, близкую к кругу, и таким образом можно оптимально использовать сечение канала связи.-2 008528 Возможен и другой вариант исполнения средства модуляции цифровой информации, при котором матрица-передатчик имеет форму правильного m угольника, при этом значение m не менее 3. Такая форма может быть полезна для оптимизации использования сложных сечений оптоволокна, а также для реализации кодирования матричным кодом для матриц с формой, отличной от квадратной и прямоугольной. Еще одной задачей настоящего изобретения является создание средства, реализующего вышеуказанный способ демодуляции потока электромагнитных волн. Эта задача решена посредством средства демодуляции цифровой информации, содержащего матрицу-приемник, установленную в зоне распространения модулированного потока электромагнитных волн, способную измерять параметры потока электромагнитных волн в каждой точке своей поверхности и переводить результаты измерений в цифровую форму с получением матричного кода, который подают на выход матрицы-приемника; блок декодирования матричного кода, вход которого сообщен с выходом упомянутой матрицыприемника, а выход которого сообщен с получателем цифровой информации. В дальнейшем настоящее изобретение будет более детально раскрыто в нижеследующем подробном описании со ссылками на прилагаемую принципиальную схему устройства передачи цифровой информации, реализующего заявленный способ передачи цифровой информации. Устройство передачи цифровой информации содержит источник 1 потока электромагнитных волн,в реальных конструкциях в качестве источника потока электромагнитных волн может быть использован источник монохромного когерентного излучения, например полупроводниковый лазер; источник 2 потока исходной цифровой информации от отправителя информации, содержащего n-мерные коды, структурированные для кодирования матричным кодом, в реальных конструкциях в качестве источника потока исходной цифровой информации могут быть использованы устройства типа персональных компьютеров или цифровых видеокамер, а также уплотнители цифровых потоков телекоммуникационного оборудования, объединяющие несколько низкоскоростных цифровых потоков от персональных компьютеров или мобильных телефонов в один высокоскоростной, в данном конкретном варианте исполнения это один источник - персональный компьютер. Далее информация, получаемая от персонального компьютера (от сетевой платы или USB-порта) кодируется двумерным кодом, например Aztec или DataMatrix при помощи блока 3 кодирования, выполненного на базе микропроцессора; прозрачную в диапазоне упомянутых электромагнитных волн матрицу-передатчик 4, установленную в зоне распространения упомянутого потока электромагнитных волн, способную изменять, по меньшей мере на части своей поверхности, свои свойства проницаемости в зависимости от содержания подаваемой на не цифровой информации и, таким образом, модулировать проходящий через не поток электромагнитных волн, который подают на выход матрицы-передатчика. В данном конкретном варианте реализации изобретения матрицапередатчик 4 представляет собой трехслойную матрицу из двух обрамляющих слоев прозрачного материала и среднего слоя - жидкокристаллической квадратной основы, меняющей прозрачность за счет приложенного электрического напряжения. При этом она имеет квадрат из n на n точек изменения прозрачности, на каждую из которых подан выход с блока 3 кодирования матричным кодом. Матрицапередатчик 4 может быть совмещена с источником электромагнитных волн и представлять собой жидкокристаллический или электронно-лучевой компьютерный монитор стандартного изготовления. Кроме этого, в состав устройства для передачи цифровой информации входит канал 5 связи, вход которого сообщен с выходом матрицы-передатчика 4. В данном конкретном варианте исполнения устройства для передачи цифровой информации использован оптоволоконный канал связи. К выходу канала связи 5 подключена матрица-приемник 6, вход которой сообщен с выходом канала связи 5 для передачи модулированного потока электромагнитных волн, и способную измерять параметры потока электромагнитных волн в каждой точке своей поверхности и переводить результаты измерений в цифровую форму с получением матричного кода, который подают на выход матрицы-приемника 6. Матрица-приемник 6 представляет собой квадратную пластину из n на n светочувствительных областей, с каждой из которых снято напряжение для фиксации изменений освещенности в каждой точке указанной матрицы. Выход матрицы-приемника 6 сообщен с блоком 7 декодирования матричного кода. Блок7 декодирования матричного кода преобразует структурированную в виде квадратных матриц цифровую информацию в одномерный цифровой поток. Выход блока 7 декодирования сообщен с получателем цифровой информации. Вышеописанное устройство передачи цифровой информации условно можно разделить на две принципиальные части, образующие устройство, а именно первая часть - средство модуляции цифровой информации, содержащее упомянутые выше источник 1 потока электромагнитных волн, источник 2 потока исходной цифровой информации от отправителя информации, блок 3 кодирования матричным кодом и матрицу-передатчик 4, и вторая часть - средство демодуляции цифровой информации, содержащее вышеупомянутые матрицу-приемник 6 и блок 7 декодирования матричного кода. Вышеописанное устройство передачи цифровой информации работает следующим образом. Сначала от источника 1 потока электромагнитных волн создают поток электромагнитных волн, по меньшей мере часть которого направляют на прозрачную в диапазоне упомянутых электромагнитных волн матрицу-передатчик 4, способную изменять по меньшей мере на части своей поверхности свои свойства про-3 008528 ницаемости в зависимости от содержания подаваемой на не цифровой информации. Матрицапередатчик 4 представляет собой трехслойную матрицу из двух обрамляющих слоев прозрачного материала и среднего слоя - жидкокристаллической квадратной основы, меняющей прозрачность за счет приложенного электрического напряжения. При этом она имеет квадрат из n на n точек изменения прозрачности, на каждую из которых подан выход с блока 3 кодирования матричным кодом. Одновременно из исходной цифровой информации, генерируемой отправителем информации, создают поток, содержащийn-мерные коды, структурированные для кодирования матричным кодом, который подают на упомянутую матрицу-передатчик 4. Цифровой поток получают от персональных компьютеров, мобильных телефонов или цифровых видеокамер, разбивают на области n на n бит, записывая такие фрагменты информации в виде квадратных матриц, каждую из которых кодируют двумерным матричным кодом. В результате этого в матрице-передатчике 4 изменяют проницаемость в зависимости от содержания цифровой информации и осуществляют пространственную модуляцию проходящего через матрицу-передатчик 4 потока электромагнитных волн, в результате чего из матрицы-передатчика 4 выходит модулированный поток электромагнитных волн. Далее осуществляют демодуляцию цифровой информации, заключающуюся в том, что модулированный вышеописанным образом поток электромагнитных волн подают на матрицуприемник 6, при помощи которой измеряют параметры потока электромагнитных волн в каждой точке матрицы-приемника 6. Измерению подвергается либо освещенность в каждой точке матрицы-приемника 6, либо фаза падающей световой волны в этой же точке. Далее результаты измерений переводят в цифровую форму путем пороговых сравнений - если освещенность точки мала, ей приписывается цифровое значение 0, если велика, то 1, получая матричный код, который декодируют при помощи блока 7 декодирования матричного кода и передают получателю 8 информации. По сравнению со всеми известными устройствами передачи цифровой информации раскрытое в настоящем изобретении устройство характеризуется существенным повышением скорости передачи информации в каналах оптической, в том числе и оптоволоконной связи, повышение достоверности передачи информации за счет использования двумерных матричных кодов, корректирующих ошибки, возникающие в канале связи, возможностью гальванической развязки между сетями, обрабатывающими различную информацию. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ передачи цифровой информации, предусматривающий:(а) модуляцию потока электромагнитных волн, заключающуюся в том, что от источника электромагнитных волн создают поток электромагнитных волн, по меньшей мере часть которого направляют на прозрачную в диапазоне упомянутых электромагнитных волн матрицу-передатчик, способную изменять по меньшей мере на части своей поверхности свои свойства проницаемости в зависимости от содержания подаваемой на не цифровой информации, при этом из исходной цифровой информации, генерируемой отправителем информации, создают поток, содержащий n-мерные коды, структурированные для кодирования матричным кодом, который подают на упомянутую матрицу-передатчик, за счет чего в матрице-передатчике изменяют проницаемость в зависимости от содержания цифровой информации и осуществляют пространственную модуляцию проходящего через матрицу-передатчик потока электромагнитных волн, в результате чего из матрицы-передатчика выходит модулированный поток электромагнитных волн, и(б) демодуляцию цифровой информации, заключающуюся в том, что модулированный поток электромагнитных волн подают на матрицу-приемник, при помощи которой измеряют параметры потока электромагнитных волн в каждой точке матрицы-приемника, далее результаты измерений переводят в цифровую форму, получая матричный код, который декодируют и передают получателю информации. 2. Устройство передачи цифровой информации, содержащее источник потока электромагнитных волн; источник потока исходной цифровой информации от отправителя информации, содержащего nмерные коды, структурированные для кодирования матричным кодом; прозрачную в диапазоне упомянутых электромагнитных волн матрицу-передатчик, установленную в зоне распространения упомянутого потока электромагнитных волн, способную изменять по меньшей мере на части своей поверхности свои свойства проницаемости в зависимости от содержания подаваемой на не цифровой информации и таким образом модулировать проходящий через не поток электромагнитных волн, который подают на выход матрицы-передатчика; канал связи, вход которого сообщен с выходом матрицы-передатчика; матрицу-приемник, вход которой сообщен с выходом канала связи для передачи модулированного потока электромагнитных волн, и способную измерять параметры потока электромагнитных волн в каждой точке своей поверхности и переводить результаты измерений в цифровую форму с получением матричного кода, который подают на выход матрицы-приемника; блок декодирования матричного кода, вход которого сообщен с выходом упомянутой матрицыприемника, а выход которого сообщен с получателем цифровой информации.-4 008528 3. Способ модуляции потока электромагнитных волн, заключающийся в том, что от источника электромагнитных волн создают поток электромагнитных волн, по меньшей мере часть которого направляют на прозрачную в диапазоне упомянутых электромагнитных волн матрицу-передатчик, способную изменять по меньшей мере на части своей поверхности свои свойства проницаемости в зависимости от содержания подаваемой на не цифровой информации, при этом из исходной цифровой информации,генерируемой отправителем информации, создают поток, содержащий n-мерные коды, структурированные для кодирования матричным кодом, который подают на упомянутую матрицу-передатчик, за счет чего в матрице-передатчике изменяют проницаемость в зависимости от содержания цифровой информации и осуществляют пространственную модуляцию проходящего через матрицу-передатчик потока электромагнитных волн, в результате чего из матрицы-передатчика выходит модулированный поток электромагнитных волн. 4. Способ модуляции потока электромагнитных волн по п.3, отличающийся тем, что используют электромагнитные волны невидимого диапазона. 5. Средство модуляции цифровой информации содержащее источник потока электромагнитных волн; источник потока исходной цифровой информации от отправителя информации, содержащего nмерные коды, структурированные для кодирования матричным кодом; прозрачную в диапазоне упомянутых электромагнитных волн матрицу-передатчик, установленную в зоне распространения упомянутого потока электромагнитных волн, способную изменять по меньшей мере на части своей поверхности свои свойства проницаемости в зависимости от содержания подаваемой на не цифровой информации и таким образом модулировать проходящий через не поток электромагнитных волн. 6. Средство модуляции цифровой информации по п.5, отличающееся тем, что матрица-передатчик имеет форму круга. 7. Средство модуляции цифровой информации по п.5, отличающееся тем, что матрица-передатчик имеет форму правильного m-угольника, при этом значение m не менее 3. 8. Способ демодуляции цифровой информации, модулированной согласно способу по п.3, заключающийся в том, что модулированный поток электромагнитных волн подают на матрицу-приемник, при помощи которой измеряют параметры потока электромагнитных волн в каждой точке матрицыприемника, далее результаты измерений переводят в цифровую форму, получая матричный код, который декодируют и передают получателю информации. 9. Средство демодуляции цифровой информации содержащее матрицу-приемник, установленную в зоне распространения модулированного потока электромагнитных волн, способную измерять параметры потока электромагнитных волн в каждой точке своей поверхности и переводить результаты измерений в цифровую форму с получением матричного кода, который подают на выход матрицы-приемника; блок декодирования матричного кода, вход которого сообщен с выходом упомянутой матрицыприемника, а выход которого сообщен с получателем цифровой информации.