[发明专利]实现数字信息高效率传输的非二进制编码与传输方法

说明书

技术领域

本发明涉及三种新的数字信息编码与传输方法。其特点是使用四进制、八进制和十六进制编码，能显著提升信息的编码效率，缩短编码的位数或长度，进而提高数字信息的传输效率。属数字信息编码与传输领域，在现代通讯领域具有广阔的应用前景。

背景技术

数字通讯具有抗噪声能力强或高保真度的优点，因而已完全取代模拟通讯，成为当今信息通讯领域的主流技术。目前的数字通讯使用二进制编码，即使用“0”和“1”的组合串来表示一个传统的模拟信号。假如数字信号是由8位A/D转换器转换的，那么，模拟信号被量化为256个等级(0～255)，如用二进制编码表示，就需要8位长度的“0”和“1”的组合串才能表示任何一个实际的信号强度，如11111111表示最大值255，而10000000表示128。而目前的数字通讯中使用强脉冲代表“1”，而用弱脉冲代表“0”。那么，要传输一个完整的数字化信号(对应模拟信号的量化值)，就需要传输8个强、弱脉冲的组合才能实现。显然，这和同样带宽的模拟通讯比较，数字通讯的信息传输速率只有模拟通讯的传输速率的1/8。很显然，数字通讯的高保真度是以牺牲传输速率为代价的。为了提升数字信息的传输速率，又发展了数据压缩技术、波分复用(WDM)技术和时分复用(TDM)技术等。然而，使用了所有这些技术的现代骨干通讯网络的通讯速度目前成熟的也只有40GB/s，仍然不能满足全球快速增长的信息量的实时传输需要。导致网络阻塞或信息传输的缓慢。要进一步显著提升数字信息的传输速度，目前尚无突破性新技术。在现有二进制编码框架内，提升信息传输速度的进展缓慢，研发成本高。本发明专利正是要突破二进制编码的束缚，发明新的非二进制编码与传输方法，提高数字信息的编码效率，缩短编码长度，从而提升传输速率。随着现代电子制造技术的提高，通讯载波脉冲(光脉冲或电脉冲)的强度稳定性已可以控制在2％的波动范围内，而二进制编码通讯仍预留了50％的波动范围，这造成了资源的极大浪费。如何减小此资源浪费，并转化为提升信息的传输速度，是非常有意义的，并具有重大的实用价值。实现这一目标正是本发明的动机。为此发明了三种新的非二进制编码与传输方法。

发明内容

实现数字信息传输，首先就是要使用A/D转换器将模拟信号转换成数字信号。假设A/D转换器的位数为N，则模拟信号被数字化成2^N个等级(0～2^N-1)。采用目前的二进制编码与传输，这样的数字化信息需要占N位长度，直接通讯传输就需要传输N次才能完成一个数字化信息的传输。所以，数字信息的编码长度就直接决定了数字信息的通讯传输效率。这就暗示如果能提高数字信息的编码效率，缩短数字化信息的编码长度或减少编码所占的位数，就可能提高数字信息的传输效率。基于数学公知原理，对同一个数编码，所使用的编码的基数越大，编码效率越高或所占位数越少。二进制编码使用的基数为2，是最小的基数，所以二进制编码的效率是最低的，编码所占的位数最多。相反，使用非二进制编码，必然能够提高信息的编码效率，缩短编码长度，进而提高信息的传输速度。基于简单的数学变换，

2^N＝(2^q)^N/q                  (1)

很清楚地看到，将编码的基数扩大q次幂，即从2变为2^q，所获得的编码的长度就缩短为N/q。具体地讲，比如假设q＝2，即使用“4”进制编码，那么编码长度就比“2”进制编码的长度缩短一半。相应地，如果信息传输也使用“4”进制，那么，数字信息的传输效率就可以提高一倍，目前的骨干网络的传输速度就可以从40GB/s提升到80GB/s。这是一个相当大的进展，并且所花费的费用也是很少的，只需要将收发器的编码方式从二进制变为四进制即可。